🔭پرتوهای گاما: پرتوهای مرگبار کیهانی

​این پرتو نوری می‌تواند از فاصله ۶۰۰۰ سال نوری باعث انقراض جمعی روی زمین شود. این پدیده، یکی از نیرومندترین رخدادها در سراسر کیهان است.


​انفجارهای پرتو گاما یا (GRBs): پرقدرت‌ترین رویدادهای شناخته‌شده در جهان هستند. این انفجارهای فاجعه‌بار کیهانی، در مدت ۱۰ ثانیه، انرژی‌ای آزاد می‌کنند که بیش از کل انرژی تولیدی خورشید در طول عمر ۱۰ میلیارد ساله‌اش است.
​این انفجارهای هولناک، هنگامی رخ می‌دهند که یک ستاره بسیار پرجرم به درون خود فروریخته و به یک سیاهچاله تبدیل می‌شود و یا در اثر برخورد دو ستاره نوترونی اتفاق می افتد. نتیجه این رویداد، انتشار یک پرتو متمرکز از تابش است که شدت آن به حدی بالاست که بمب‌های هسته‌ای در مقایسه با آن، شبیه به شمع‌های تولد به نظر می‌رسند.
​

اگر چنین رخدادی ( پرتو گاما) در همسایگی کیهانی ما (در فاصله نسبتاً نزدیک) رخ دهد و مستقیماً به سمت زمین نشانه رود، می‌تواند بلافاصله لایه اوزون ما را از بین ببرد. تابش ناشی از این رویداد، نیمی از سیاره را عقیم کرده و باعث یک رویداد انقراض جمعی بزرگ خواهد شد. قدرت این انفجارها به حدی است که اخترشناسان می‌توانند آن‌ها را از میلیاردها سال نوری دورتر و از لبه‌های جهان قابل مشاهده شناسایی کنند؛ این مانند آن است که بتوانید نور یک چراغ‌قوه را از کهکشانی دیگر تشخیص دهید.
​این قاتلان کیهانی کاملاً تصادفی و تا پیش از وقوع انفجار، نامرئی هستند و ما هیچ هشداری پیش از اینکه سیاره‌مان با پرتوهای گاما کباب شود، نخواهیم داشت.

👩‍🚀پ.ن:
انفجارهای پرتو گاما دو نوع اصلی دارند که عبارتند از:

انفجارهای بلند: که این نوع انفجارها بیش از ۲ ثانیه به طول می‌انجامند و منشأ آن‌ها معمولاً فروپاشی ابرنواختری است.در این سناریو، یک ستاره فوق‌العاده پرجرم که به پایان عمر خود رسیده، هسته‌اش به درون خود فرومی‌ریزد و یک سیاهچاله تشکیل می‌دهد. همزمان با این فروریزش، جت‌های قدرتمندی از ماده و انرژی با سرعت نزدیک به نور از قطب‌های ستاره پرتاب می‌شوند که منجر به انتشار پرتوهای گاما می‌گردد.

انفجارهای کوتاه: که این انفجارها کمتر از ۲ ثانیه طول می‌کشند و منشأ آن‌ها ادغام دو جرم فشرده مانند دو ستاره نوترونی یا یک ستاره نوترونی و یک سیاهچاله است. این رویداد نیز منجر به تشکیل یک سیاهچاله جدید و پرتاب جت‌های پرانرژی می‌شود.

تحقیقات اخیر نشان داده که چنین رویدادی، به ویژه از نوع کوتاه ، پرتوهای متمرکزتری داشته و می‌تواند مسئول انقراض اوردویسین-سیلورین در حدود ۴۴۰ میلیون سال پیش باشد.

This is the most powerful thing in the universe.🚀part one

#فیزیک
#پرتوهای_گاما
#انفجار_کوتاه
#انفجار_بلند
#پارت_یک


🚀@CosmicFrontiersandPhysics

🔭مگنتارها: ستارگان نوترونی فوق‌چگال با انفجارهای مرگبار کیهانی.


این ستاره مرده، یک میدان مغناطیسی بسیار قدرتمند دارد که می‌تواند شما را از فاصله ۶۰۰ مایلی نابود کند. این پدیده، یکی از نیرومندترین رخدادها در سراسر کیهان است.

​این ستاره‌های نوترونی، میدان‌های مغناطیسی‌شان تریلیون‌ها بار قوی‌تر از زمین است، به قدری شدید که حتی ساختار اتم‌های اطرافشان را تغییر شکل می‌دهند. وقتی مگنتارها حال خوشی ندارند، شراره‌هایی آزاد می‌کنند که در مقایسه با آنها، فوران‌های پرتو گاما شبیه به سکسکه‌های ملایم به نظر می‌رسند.

در سال ۲۰۰۴، یک مگنتار به نام SGR 1806-20 شراره‌ای آزاد کرد که به طور موقت ماهواره‌ها را کور، ارتباطات رادیویی روی زمین را مختل و لایه‌های بالایی جو ما را یونیزه کرد. این خشم کیهانی از فاصله ۵۰,۰۰۰ سال نوری رخ داد. انرژی آزاد شده در تنها یک‌دهم ثانیه، بیشتر از انرژی بود که خورشید ما در ۱۰۰,۰۰۰ سال تولید می‌کند. اگر همان مگنتار فقط ۱۰ سال نوری از زمین فاصله داشت، آن شراره با از بین بردن لایه اوزون ما، باعث یک رویداد انقراض جمعی می‌شد.


🐱پ.ن:
مگنتارها نوعی خاص از ستاره‌های نوترونی هستند که پس از مرگ ستارگان بسیار پرجرم به وجود می‌آیند. اگر جرم باقیمانده هسته در محدوده مناسبی باشد، یک ستاره نوترونی تشکیل می‌شود.

اما یک ستاره نوترونی برای تبدیل شدن به مگنتار، باید شرایط ویژه‌ای داشته باشد: چرخش اولیه سریع و میدان مغناطیسی قوی در ستاره والد. این دو ویژگی در فرآیند فروپاشی، میدان مغناطیسی را به شدت فشرده کرده و آن را به قدرتی باورنکردنی می‌رساند‌، بطوریکه موجب شده ویژگی اصلی آن‌ها داشتن قوی‌ترین میدان مغناطیسی در کل کیهان باشد.
یکی از خطرناک‌ترین پدیده‌های مرتبط با مگنتارها، شراره‌ها یا فوران های عظیم پرتو ایکس و گاما هستند که در اثر لرزش ستاره در پوسته سخت مگنتار رخ می‌دهند. قدرت این لرزه ها به قدریست که می‌تواند میدان مغناطیسی زمین را مختل ، کارت‌های اعتباری ما را پاک و حتی قوانین فیزیکی که ما می‌شناسیم را در مقیاس‌های اتمی تغییر دهد.

با این حال مگنتارها در مقایسه با ستاره‌های نوترونی معمولی بسیار نادر هستند. تخمین زده می‌شود که تنها حدود ۱۰ درصد از ستاره‌های نوترونی به مگنتار تبدیل می‌شوند. این امر آن‌ها را به اجرام نایابی تبدیل می‌کند که دانشمندان را به چالش وا می دارد تا بفهمند:
​دقیقاً چه مکانیسم‌هایی باعث تولید چنین میدان‌های مغناطیسی عظیمی می‌شوند؟

This is the most powerful thing in the universe.🚀part Two.

#فیزیک
#مگنتار
#ستاره_های_نوترونی
#میدان_مغناطیسی
#پارت_دو


🚀@CosmicFrontiersandPhysics

🔭امواج ضربه‌ای ابرنواختری: بولدوزرهای کیهانی که از توقف بازنمی‌ایستند.

انفجاری که می‌تواند سیارات را در فاصله ۱۰۰ سال نوری نابود کند و هزاران سال به تخریب خود ادامه دهد. این پدیده، یکی از نیرومندترین رخدادها در سراسر کیهان است.

​وقتی یک ستاره پرجرم منفجر می‌شود، موج ضربه‌ای ناشی از آن با سرعت سرسام‌آور ۳۰,۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه به انبساط خود ادامه می‌دهد و برای هزاران سال هر آنچه در مسیرش قرار دارد را نابود می‌کند.
​

برخلاف انفجارهای پرتو گاما که به صورت یک پرتو متمرکز و باریک عمل می‌کنند، یا شراره‌های مگنتار که فقط چند ثانیه دوام دارند، امواج ضربه‌ای ابرنواختری مانند یک سونامی کیهانی هستند که به صورت گسترده و بی‌وقفه پیش می‌روند. این امواج قادرند جو سیارات را از بین ببرند، باعث عصر یخبندان شوند و از فواصل به ظاهر ایمن، انقراض‌های جمعی را به وجود آورند.
​سحابی خرچنگ نمونه‌ای بارز از این پدیده است که از بقایای یک ابرنواختر مشاهده شده در سال ۱۰۵۴ میلادی توسط ستاره‌شناسان چینی می باشد. با گذشت نزدیک به ۱۰۰۰ سال، این سحابی همچنان در حال گسترش و نابودی ابرهای گازی میان‌ستاره‌ای است. دانشمندان معتقدند که یک ابرنواختر در فاصله ۵۰ سال نوری از زمین می‌تواند به تمدن بشری پایان دهد. این پدیده به وضوح نشان می‌دهد که حتی پس از هزاران سال، بقایای انفجارهای کیهانی همچنان می‌توانند تهدیدآمیز باشند.

👩‍🚀پ.ن:
هسته یک ستاره پرجرم در پایان عمر خود به دلیل اتمام سوخت هسته‌ای، به سرعت تحت نیروی گرانش خود فرو می‌ریزد. در این فرآیند، چگالی هسته به قدری افزایش می‌یابد که به یک ستاره نوترونی فوق‌فشرده تبدیل می‌شود. این فروپاشی به دلیل خاصیت فشار دژنره نوترون‌ها، متوقف شده و سپس یک بازگشت پرفشار رخ می‌دهد. در بازگشت، لایه‌های بیرونی ستاره با چنان نیرویی به بیرون پرتاب می شود که امواج ضربه‌ای با سرعتی معادل ۱۰٪ سرعت نور شکل می‌گیرد. این امواج، انرژی حاصل از فروپاشی هسته را به محیط میان‌ستاره‌ای منتقل می‌کند.

امواج ضربه‌ای ابرنواختری از سه مرحله اصلی تکامل می‌یابد:

​مرحله اولیه:
در این مرحله، موج با سرعت ثابت و بسیار بالا به پیش می‌رود و مواد پرتاب‌شده از ستاره را با خود حمل می‌کند. این فاز نسبتاً کوتاه است.

​مرحله آدیاباتیک:
پس از برخورد با گاز و غبار میان‌ستاره‌ای، موج شروع به کند شدن می‌کند. در این مرحله، انرژی جنبشی موج به انرژی حرارتی تبدیل می‌شود و باعث گرم شدن شدید محیط اطراف می‌گردد. گازهای موجود در موج به دمای میلیون‌ها درجه سانتی‌گراد می‌رسند و پرتوهای پرانرژی مانند پرتوهای X و پرتوهای گاما ساطع می‌کنند.

​مرحله تابشی:
در نهایت، با کاهش سرعت و دما، موج انرژی خود را به صورت تابش‌های الکترومغناطیسی از دست می‌دهد. این امر باعث می‌شود گازهای پشت جبهه موج به سرعت سرد شده و متراکم شوند و به تشکیل بقایای ابرنواختری مانند سحابی خرچنگ منجر گردند.

دانشمندان با بررسی شواهد زمین‌شناسی و فسیلی، به دنبال نشانه‌هایی از انقراض‌های گذشته هستند که ممکن است با رویدادهای ابرنواختری در ارتباط باشند. برای مثال، شواهدی از ایزوتوپ‌های رادیواکتیو مانند 60Fe در رسوبات اعماق دریا یافت شده که منشأ آن به یک ابرنواختر نزدیک، در حدود ۲.۶ میلیون سال پیش بازمی‌گردد و احتمال بر این است با یک انقراض جمعی کوچک مرتبط باشد.

This is the most powerful thing in the universe.🚀part Three.

#فیزیک
#امواج_ضربه_ای_ابرنواختری
#ستاره_پرجرم
#فشار_دژنره
#پارت_سه


👩‍🚀@CosmicFrontiersandPhysics

🔭ادغام سیاهچاله های کلان جرم

​وقتی دو سیاه‌چاله کلان‌جرم به دور هم می‌چرخند و به هم نزدیک می‌شوند، صرفاً بی‌سروصدا با هم ادغام نمی‌شوند. آن‌ها به معنای واقعی کلمه، بافت فضا-زمان را به لرزه درمی‌آورند و امواج گرانشی تولید می‌کنند که در سراسر جهان منتشر می‌شود.این پدیده، یکی از نیرومندترین رخدادها در سراسر کیهان است.

​برخوردی که ما آن را کشف کردیم، در مدت تنها ۰.۲ ثانیه، معادل سه جرم خورشیدی را به انرژی خالص تبدیل کرد. این مقدار مانند این است که سه خورشید کامل را به‌طور آنی به نیروی خام تبدیل کنید. انرژی آزادشده در این رویداد، ۵۰ برابر بیشتر از مجموع نور ساطع‌شده از تمام ستاره‌ها، کهکشان‌ها و کوازارهای موجود در جهان قابل مشاهده بود.
​

این فاجعه کیهانی در حدود ۱.۳ میلیارد سال پیش رخ داد و ما تنها زمانی لرزش‌های آن را در سال ۲۰۱۵ احساس کردیم،  که رصدخانه لایگو امواج گرانشی آن را آشکارسازی کرد. به عبارت دیگر، فضا هنوز از انفجاری که قدمت آن به پیش از پیدایش حیات پیچیده بر روی زمین بازمی‌گردد، در حال لرزش بود. چنین برخوردهایی می‌توانند فضا-زمان را بگونه ای با شدت بسیار تاب دهند که حتی نرخ گذر زمان را نیز تغییر دهند.

👩‍🚀پ.ن:
امواج گرانشی، نوساناتی در بافت فضا-زمان هستند که توسط آلبرت اینشتین در نظریه نسبیت عام پیش‌بینی شده بود. همان‌طور که پرتاب سنگ در سطح آب موج ایجاد می‌کند، اجرام بسیار سنگین و شتاب‌دار مانند دو سیاه‌چاله که با سرعت زیاد به دور هم می‌چرخند و به هم برخورد می‌کنند، باعث ایجاد امواج در هندسه فضا-زمان می‌شوند. این امواج با سرعت نور منتشر شده و هر چیزی را که در مسیر خود قرار گیرد، به‌طور متناوب فشرده و منبسط می‌کنند. این نوسانات گرچه بسیار پرانرژی هستند اما در فواصل کیهانی چنان ضعیف می‌شوند که وقتی به زمین می‌رسند، تغییراتی معادل کسری از قطر یک پروتون ایجاد می‌کنند.

این امواج دارای ویژگی‌های زیر هستند:

​سرعت: آن‌ها با سرعت نور حرکت می‌کنند.

​منبع: پرانرژی‌ترین امواج گرانشی، از رویدادهای فاجعه‌بار کیهانی، مانند ادغام سیاه‌چاله‌ها، برخورد ستاره‌های نوترونی یا انفجارهای ابرنواختری پرقدرت ناشی می‌شوند.

​اثر: هنگامی که این امواج از کنار یک جسم عبور می‌کنند، باعث می‌شوند که فضا-زمان و هر چیزی که در آن قرار دارد، به صورت متناوب کشیده و فشرده شود، اما این کشش و فشردگی بسیار ناچیز است.

اهمیت: کشف مستقیم این امواج در سال ۲۰۱۵ توسط رصدخانه لایگو، صحت نظریه اینشتین را پس از یک قرن تأیید کرد و زمینه جدیدی از اخترشناسی به نام اخترشناسی امواج گرانشی را گشود.

آشکارساز لایگو ، برای اندازه‌گیری تغییرات بسیار کوچک طراحی شده که از یک تداخل‌سنج لیزری غول‌پیکر و دو بازوی عمود بر هم به طول ۴ کیلومتر ، تشکیل شده است. که در آن یک پرتو لیزر دو قسمت شده و در هر دو بازو به جلو و عقب فرستاده می‌شود. سپس این دو پرتو با هم ترکیب می‌شوند تا یک الگوی تداخلی ایجاد کنند. در حالت عادی، پرتوها یکدیگر را خنثی می‌کنند، اما با عبور یک موج گرانشی، طول یکی از بازوها به اندازه بسیار ناچیزی تغییر کرده و باعث ایجاد یک جابجایی قابل اندازه‌گیری در الگوی تداخلی می‌شود. این جابجایی، شاهدی قطعی بر وجود امواج گرانشی است. بطور مثال تحلیل دقیق سیگنال GW150914 (ادغام دو‌ سیاهچاله)توسط لایگو، اطلاعاتی درباره اسپین نهایی سیاهچاله به ما داد که با پیش‌بینی‌های نظریه نسبیت عام کاملاً مطابقت داشت.

دانشمندان در حال ساخت و توسعه نسل‌های بعدی رصدخانه‌های امواج گرانشی هستند. پروژه‌هایی مانند لیسا که یک تداخل‌سنج مبتنی بر فضاست، قادر به آشکارسازی امواج گرانشی با فرکانس‌های پایین‌تر از رویدادهایی مانند ادغام سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم در مرکز کهکشان‌ها خواهد بود که به دانشمندان این امکان را می دهد تا پدیده‌هایی را که با تلسکوپ‌های نوری قابل رصد نیستند، مطالعه کرده و اطلاعات بیشتری درباره ماهیت فضا-زمان، شکل‌گیری سیاه‌چاله‌ها و حتی رویدادهای مربوط به مهبانگ به دست آورند.

This is the most powerful thing in the universe.🚀part Four.

#فیزیک
#ادغام_سیاهچاله_ها
#امواج_گرانشی
#لایگو
#پارت_چهار


👩‍🚀@CosmicFrontiersandPhysics

🔭جت‌های کوازار، شگفت انگیزترین سلاح‌های جهان.

این شعله‌افکن کیهانی، جت‌هایی از پلاسما به طول ۵ میلیون سال نوری را با سرعتی معادل ۹۹.۹ درصد سرعت نور پرتاب می‌کند. این پدیده، یکی از نیرومندترین رخدادها در سراسر کیهان است.

این‌ها سیاهچاله‌های کلان‌جرمی هستند که به اژدهایان کیهانی تبدیل شده‌اند و برای میلیون‌ها سال بدون توقف، جت‌هایی از پلاسمای فوق‌داغ را در فضای میان‌کهکشانی منتشر می‌کنند. با چرخش ماده به درون آن‌ها، میدان‌های مغناطیسی پلاسما را به پرتوهای متمرکز درهم می‌پیچند و آن را با سرعتی نزدیک به سرعت نور پرتاب می‌کنند.

این جت‌ها آن‌قدر پرانرژی هستند که می‌توانند مانند گلوله‌های کیهانی از کل کهکشان‌ها عبور کنند. طولانی‌ترین جت کوازاری که تاکنون پیدا کرده‌ایم، ۵ میلیون سال نوری کشیده شده است. این مقدار ۵۰ برابر عریض‌تر از کل کهکشان راه شیری ما است. اگر آن را در همسایگی کیهانی ما قرار دهید، از اینجا تا کهکشان آندرومدا می‌رسد و باز هم ادامه می‌یابد. این توپ‌های پلاسمایی می‌توانند خوشه‌های کهکشانی را تغییر شکل دهند و در فاصله میلیون‌ها سال نوری، باعث تشکیل ستاره‌ها شوند. برخی از این جت‌ها به طور مداوم برای بیش از ۱۰۰ میلیون سال فعال بوده‌اند. این مدت زمانی طولانی‌تر از دوره حیات دایناسورها بر روی زمین است.

👩‍🚀پ.ن:
​هنگامی که گاز و غبارها به سمت سیاهچاله حرکت می‌کنند، به دلیل اصطکاک و نیروهای گرانشی، به شدت فشرده و گرم می‌شوند و دمای آن‌ها به میلیاردها کلوین می‌رسد. در این محیط، میدان‌های مغناطیسی بسیار قوی‌ای شکل می‌گیرند که بخشی از پلاسمای فوق‌داغ را به دام انداخته و آن را به صورت ستون‌های باریک و متمرکز، در جهت محور چرخش سیاهچاله، با سرعتی نزدیک به سرعت نور به بیرون پرتاب می‌کنند.

سرعت: این جت‌ها با سرعتی باورنکردنی حرکت می‌کنند که آن‌قدر به سرعت نور نزدیک است که اثرات نسبیتی در آن‌ها به وضوح مشاهده می‌شود.

​انرژی: انرژی جنبشی این جت‌ها به حدی است که می‌تواند معادل انرژی آزاد شده از میلیاردها ستاره باشد.

​طول: طول این جت‌ها گاهی به میلیون‌ها سال نوری می‌رسد. به عنوان مثال، یکی از طولانی‌ترین جت‌های مشاهده‌شده، ۵ میلیون سال نوری طول دارد که تقریباً ۵۰ برابر قطر کهکشان راه شیری است.

انرژی آزاد شده از جت‌ها می‌تواند:

​پدیده بازخورد: گازهای موجود در کهکشان میزبان را به بیرون رانده و فرآیند شکل‌گیری ستاره‌ها را متوقف کند. این پدیده به نام بازخورد شناخته می‌شود.

​شکل‌دهی به محیط میان‌کهکشانی: جت‌ها می‌توانند گازهای اطراف خود را گرم کرده و ساختار خوشه‌های کهکشانی را تغییر دهند.

ساختار داخلی و دینامیک میدان مغناطیسی جت ها که
​برخلاف ظاهر ساده آن‌ها به صورت یک خط مستقیم است، بسیار پیچیده می باشد. مدل‌های نظری نشان می‌دهند که جت‌ها دارای ساختاری هسته‌-غلاف هستند:

​هسته : یک هسته مرکزی بسیار سریع و نسبیتی که سرعت آن نزدیک به سرعت نور است.

​غلاف: یک لایه بیرونی کندتر که هسته را احاطه کرده است.

جت‌های کوازار به دلیل ماهیت پرانرژی خود، در طول موج‌های مختلفی از طیف الکترومغناطیسی قابل مشاهده بوده و به دلیل سرعت‌ فوق‌العاده بالا، ذرات باردار (الکترون‌ها) در این جت‌ها انرژی زیادی را به صورت تابش ساطع می‌کنند.

امواج رادیویی: این جت‌ها به دلیل تابش سنکروترون که توسط الکترون‌های در حال چرخش در میدان‌های مغناطیسی قوی ایجاد می‌شود، به شدت در طول موج‌های رادیویی می‌درخشند. اکثر اطلاعات ما درباره ساختار و ابعاد جت‌ها از تلسکوپ‌های رادیویی مانند (VLA) به دست می‌آید.

​امواج ایکس و گاما: انرژی‌های بالاتر در جت‌ها منجر به تولید فوتون‌های پرانرژی می‌شود. تابش معکوس کامپتون که در آن فوتون‌های کم‌انرژی با الکترون‌های پرانرژی برخورد می‌کنند و انرژی آن‌ها به شدت افزایش می‌یابد، در مناطق نزدیک به هسته جت باعث تابش پرتو ایکس و گاما می گردد. رصدخانه‌هایی مانند چاندرا و فرمی این تابش‌ها را مشاهده می‌کنند.

This is the most powerful thing in the universe.🚀part Five.

#فیزیک
#جت_های_کوازار
#امواج_رادیویی
#پارت_پنج


👩‍🚀@CosmicFrontiersandPhysics

🔭برخورد ستاره‌های نوترونی

برخوردی که هر قطعه طلا در جهان را ، تنها در عرض دو ثانیه می‌سازد.با ادغام ستاره‌های نوترونی آشنا شوید.این پدیده، یکی از نیرومندترین رخدادها در سراسر کیهان است.

وقتی جرم هایی هم اندازه یک شهر، که هر کدام وزنی بیشتر از خورشید ما دارند، به یکدیگر برخورد می‌کنند، فقط منفجر نمی‌شوند، بلکه به کارخانه‌های کیهانی تولید عناصر تبدیل می‌شوند. طلا، پلاتین، اورانیوم و تمام عناصر سنگین روی زمین در این برخوردهای وحشتناک شکل گرفته‌اند.

این برخورد در ۱۰ ثانیه، انرژی بیشتری نسبت به آنچه خورشید در ۱۰ میلیارد سال تولید می‌کند، آزاد می‌نماید. اما بخش شگفت‌انگیز ماجرا اینجاست که در رخداد فوق به‌طور همزمان، امواج گرانشی، انفجارهای پرتو گاما و فشفشه‌های نوری ایجاد می‌شود. در واقع یک رویداد منفرد ادغام ستاره‌های نوترونی به تنهایی می‌تواند در عرض چند ثانیه، معادل ۲۰ برابر جرم زمین، طلای خالص تولید کند.
بنابراین ​شما به‌معنای واقعی کلمه، بقایای خشونت‌بارترین انفجارهای جهان را در خود دارید. هر عنصر سنگین در بدن شما، در مرگ یک ستاره متولد شده است.

👩‍🚀پ.ن:
ادغام ستاره‌های نوترونی نتیجه نهایی یک سیستم دوتایی است که انرژی خود را به آرامی از طریق انتشار امواج گرانشی از دست می‌دهند و باعث می گردند که به صورت مارپیچی به سمت یکدیگر حرکت کرده و به تدریج به هم نزدیک شوند. این پروسه ممکن است میلیاردها سال به طول بیانجامد. هنگامی که آن ها به فاصله بحرانی رسیدند، به دلیل نیروهای جزر و مدی شدید، در هم فرو می‌ریزند. این فرآیند بسته به جرم اولیه ستاره ها ، منجر به ایجاد یک هایپرنووا و تشکیل یک سیاه‌چاله یا یک ستاره نوترونی فوق‌العاده سنگین و ناپایدار می‌شود که ​سنتز عناصر سنگین ​مهم‌ترین نتیجه آن می باشد.

طی فرایند مذکور:

​هسته‌های اتمی سبک، نوترون‌های فراوان اطراف خود را با سرعت فوق‌العاده‌ای جذب می‌کنند.

​با جذب نوترون، هسته ناپایدار می‌شود.

​هسته برای رسیدن به پایداری، از طریق واپاشی بتا ، یک نوترون را به یک پروتون تبدیل می‌کند.

این​ پروسه زنجیره‌ای، باعث افزایش عدد اتمی هسته و تولید عناصر سنگین‌می‌شود.

​همزمان با فرایندهای هسته‌ای، رویداد ادغام ستاره ها، انفجاری از انرژی و تابش‌ها را به وجود می‌آورد:

​امواج گرانشی: این امواج، که در واقع نوساناتی در بافت فضا-زمان هستند، اولین سیگنالی بودند که به زمین رسیدند. کشف GW170817 در سال ۲۰۱۷، که اولین رصد همزمان امواج گرانشی و نور از یک رویداد واحد بود، نقطه عطفی در فیزیک می باشد.

​انفجار پرتو گاما : این رویدادها منبع اصلی پرتوهای های کوتاه هستند که از جت‌های پلاسمایی فوق‌العاده پرسرعت ساطع می‌شوند و در امتداد محور چرخش ستاره‌های در حال ادغام شکل می‌گیرند.

​کیلونووا: این یک پدیده نوری است که توسط واپاشی رادیواکتیو عناصر سنگین تازه تولید شده در فرآیند r-process ایجاد می‌شود. انرژی حاصل از این واپاشی باعث درخشش مواد پرتاب شده گشته که شبیه به یک سوپرنووا، اما ضعیف‌تر و قرمزتر است. رصد کیلونووا تایید کرد که عناصر سنگین در این رویدادها تولید می‌شوند.

​
مکانیسم فوق توضیح می‌دهد که چرا عناصر سنگین در جهان نسبتا کمیاب بوده و برای تولید شدن به شرایط بسیار نادر و پرانرژی مانند ادغام ستاره‌های نوترونی یا ابرنواخترها نیاز دارند، در حالی که عناصر سبک‌تر مانند هیدروژن و هلیوم در لحظات اولیه جهان پس از بیگ بنگ تشکیل شده اند. در نهایت،  فرایندهای این چنینی نه تنها به درک ما از منشا جهان کمک می‌کنند، بلکه این امکان را فراهم می آورند تا نظریات فیزیکی خود، از جمله نسبیت عام اینشتین و فیزیک هسته‌ای را در شرایطی که در آزمایشگاه‌های زمینی قابل تولید نیستند، به آزمون بکشیم.

This is the most powerful thing in the universe.🚀part Six.

#فیزیک
#ستاره_های_نوترونی
#عناصر_سنگین
#پارت_شش


👩‍🚀@CosmicFrontiersandPhysics

🔭این شما و این هم کوئیپو

ساختاری در فضا که طول آن تقریبا برابر با ۱.۴ میلیارد سال نوری برآورده شده است. آنقدر عظیم که کل کهکشان ما در مقابلش شبیه یک دانه شن به نظر می‌رسد. بزرگترین استراکچری که تاکنون در کیهان نزدیک پیدا کرده‌ایم.

این ساختار ۲۰۰ کوادریلیون برابر خورشید ما جرم داشته و ۶۸ خوشه کهکشانی کامل را در یک شبکه عظیم کیهانی به هم متصل کرده است.

​اگر می‌توانستید کوئیپو را از بیرون ببینید، شبیه طناب گره‌خورده اینکاهای باستانی بود که همین شباهت هم دلیل اصلی نامگذاری آن می باشد. در واقع یک رشته بسیار بزرگ با شاخه‌های کوچکتر که هر گره آن میلیاردها کهکشان را در خود جای داده و آنقدر گسترده شده که بخش‌هایی از آن پشت کهکشان راه شیری ما پنهان گشته است.
باید گفت​ کشف مذکور برای درک چگونگی شکل‌گیری کیهان، بسیار مهم و ضروری است. چرا که این بزرگراه‌های کیهانی به ما نشان می‌دهند ، چگونه ماده تاریک هر آنچه را که امروز می‌بینیم، شکل داده است.
و اما بهترین بخش ماجرا کجاست؟ آنجا که می گوید ممکن است حتی ساختارهای بزرگ‌تری هم وجود داشته باشند که هنوز کشف نشده اند ( مانند انچه در تحقیقات بعدی البته در کیهان دور بدست آوردیم یعنی دیوار بزرگ هرکول-کورونا بوریالیس) و این زیبایی و هیجان اکتشافات را دوچندان می کند، چرا که رفتار کیهان ما را هر بار شگفت‌ زده تر می‌ نماید.

👩‍🚀پ.ن:
بیشترین جرم کوئیپو، مانند سایر رشته‌های کیهانی، از ماده تاریک است که با گرانش خود، یک اسکلت اصلی برای این رشته ایجاد کرده و کهکشان‌ها را به دنبال این چارچوب گرانشی کشیده و روی آن انباشت می‌ کند. این پدیده شبیه به قطرات شبنم می باشد که روی تار عنکبوت جمع می‌شوند. شاخه های کوئیپو که شامل کانال‌هایی از جریان گاز و کهکشان‌ها هستند، ماده را از فضاهای خالی به سمت رشته‌ها جذب و سپس در امتداد آن‌ها به سوی گره‌های پر چگال تر، یعنی خوشه‌های کهکشانی، به جریان می‌ اندازند. این فرایند نقش حیاتی در تامین سوخت برای شکل‌گیری ستاره‌ها و رشد کهکشان‌ها در خوشه‌ها دارد. ​

کوئیپو مانند سایر رشته‌ها، دارای شبکه سه‌بعدی است که فضای کیهان را پر می‌کند.
از جمله:

فیلامان ها: ساختارهای بلند و لوله‌ای شکل که مانند بزرگراه‌ها عمل می‌کنند. ​

خوشه‌ها: گره‌های پرچگالی که در محل تلاقی رشته‌ها قرار دارند و میزبان صدها یا هزاران کهکشان هستند. ​

خلاها : فضاهای خالی عظیمی که تقریبا هیچ کهکشانی در آن‌ها وجود ندارد. ​

​اینها، نتیجه تکامل کیهان از زمان بیگ بنگ است. در کیهان اولیه، نوسانات کوانتومی بسیار کوچک در چگالی ماده، به مرور زمان و تحت تاثیر گرانش، رشد کردند و این شبکه های بزرگ‌ مقیاس را شکل دادند. ​

مشاهده و بررسی خواص کوئیپو به ما این امکان را می‌دهد تا مدل‌های کیهان شناسی مدرن را مانند مدل استاندارد، در مقیاس‌های بزرگ آزمایش کرده و دقت آن‌ها را بسنجیم و با فهم چگونگی عملکرد محیط محلی درون خوشه ها ، تفاوت رفتار کهشان های درون آن ها را با کهکشان های منزوی بررسی کنیم.

#فیزیک
#کوئیپو
#رشته_های_کیهانی
#ماده_تاریک

👩‍🚀@CosmicFrontiersandPhysics

🔭خلا، فضای خالی نیست.

این فضا بیشتر شبیه به یک پارچه‌ی منعطف عمل می‌کند که قابلیت کشیده شدن و تاب خوردن دارد. در حال حاضر، شما روی یک توپ بولینگ غول‌پیکر نشسته‌اید که فرورفتگی‌ای در این ترامپولین کیهانی ایجاد کرده و این فرورفتگی همان چیزی است که ما آن را گرانش می‌نامیم.

این پارچه فضا-زمان نامیده می‌شود و در واقع همان صحنه‌ای است که تمام رویدادهای جهان بر روی آن رخ می‌دهند و نمایانگر این است که زمان و مکان از یکدیگر جدا نبوده و به صورت یک واقعیت واحد، منعطف و خم‌شونده، به هم بافته شده‌اند.

امواج گرانشی: ارتعاشات فضا-زمان

هنگامی که اجرام پرجرم حرکت می‌کنند، امواجی در این بافت ایجاد می‌کنند که به آن‌ها امواج گرانشی گفته می‌شود. ما در واقع این سونامی‌های کیهانی را با استفاده از آشکارسازهای لیزری که می‌توانند انحرافاتی کوچک‌تر از یک هزارم عرض پروتون را اندازه‌گیری کنند، شناسایی کرده‌ایم.

سیاه‌چاله‌ها: اعوجاج فضا-زمان

سیاه‌چاله‌ها اجرام را به درون خود نمی‌مکند ، بلکه چنان گودال‌های عمیقی در فضا-زمان ایجاد می‌کنند که هیچ‌چیزی قادر به بالا آمدن از آن‌ها نیست.

زمان در میدان گرانشی: اتساع زمان

ماهواره‌های GPS باید این واقعیت را در نظر بگیرند که زمان در گودال گرانشی زمین به شکل متفاوتی می‌گذرد.

انبساط جهان: گسترش خود فضا

این پارچه در هر جهت در حال انبساط است و خوشه‌های کهکشانی را مانند کشمش‌های درون خمیر نانی که در حال ور آمدن است، از یکدیگر دور می‌کند. جهان در حال انبساط به درون چیزی نیست؛ بلکه خود آن چیز در حال رشد است. شما در جهان تنها نیستید، بلکه سوار بر امواج جهان همانند یک موج کیهانی، در حرکت هستید.

👩‍🚀پ.ن:
بر اساس نسبیت عام، حرکت شتاب‌دار اجرام بسیار پرجرم، مانند دو سیاه‌چاله که به دور هم می‌چرخند یا دو ستاره نوترونی که با هم برخورد می‌کنند، باعث ایجاد اختلالات و امواجی در بافت فضا-زمان می‌شود. این امواج با سرعت نور در کیهان منتشر می‌شوند و انرژی را با خود حمل می‌کنند.اینشتین این پدیده را به زبان ریاضی دقیق فرمول‌بندی کرد و نشان داد که اجسام در فضا-زمان منحنی، از کوتاه‌ترین مسیر ممکن پیروی می‌کنند که به آن ژئودزیک می‌گویند. این ژئودزیک‌ها در فضای منحنی، همانند خطوط مستقیم در فضای تخت عمل می‌کنند.

همگرایی گرانشی؛ عدسی‌های کیهانی: به زبان ساده یک جرم بزرگ مانند یک کهکشان، فضا-زمان اطراف خود را منحرف می‌کند، و این انحنا باعث می‌شود که نور به جای حرکت در یک خط مستقیم، از مسیری منحنی عبور کند، دقیقا مانند نوری که از یک عدسی شیشه‌ای عبور می‌کند. به همین دلیل، به جرم میانی، عدسی گرانشی و به این پدیده همگرایی گرانشی می‌گویند.
و شامل سه نوع است:

همگرایی قوی: در این حالت، جرم عدسی‌کننده به قدری زیاد است که باعث ایجاد تصاویر چندگانه، کمان‌های نورانی یا حتی حلقه‌های کامل از یک جرم پس‌زمینه می‌شود. حلقه اینشتین یکی از زیباترین نمونه‌های این پدیده است که به اخترشناسان اجازه می‌دهد تا جرمی را که پشت یک جرم بزرگ‌تر قرار دارد، مشاهده کنند و اطلاعاتی در مورد توزیع ماده تاریک در کهکشان عدسی‌کننده به دست آورند.

​همگرایی ضعیف : این اثر بسیار کوچک‌تر است و باعث اعوجاج جزئی در شکل کهکشان‌های پس‌زمینه می‌شود. با مطالعه آماری این اعوجاج‌ها در تعداد زیادی از کهکشان‌ها، دانشمندان می‌توانند توزیع جرم و به‌ویژه ماده تاریک را در مقیاس‌های بزرگ نقشه‌برداری کنند.

ریزهمگرایی: این پدیده توسط جرم‌هایی با اندازه‌های کوچک‌تر مانند ستارگان یا سیارات ایجاد می‌شود. در این حالت، به دلیل عبور جرم عدسی‌کننده از مقابل ستاره پس‌زمینه، نور ستاره به طور موقت روشن‌تر می‌شود.

همگرایی گرانشی یکی از قدرتمندترین ابزارها در کیهان‌شناسی مدرن است و به دلیل کشف ماده تاریک ، بزرگ‌نمایی اجرام دور و اندازه‌گیری ثابت هابل اهمیت بسیار بالایی دارد.

 معادلات اینشتین به همراه مشاهداتی مانند تابش پس‌زمینه کیهانی، این امکان را فراهم می آورند تا تاریخ جهان را از همان لحظات اولیه، حتی قبل از شکل‌گیری اولین اتم‌ها، بازسازی کنیم. مدل انبساطی که به آن اشاره شد، بخشی از مدل استاندارد کیهان‌شناسی به نام بیگ بنگ است که توضیح می‌دهد جهان چگونه از یک نقطه بسیار داغ و چگال آغاز شده و در طول ۱۳.۸ میلیارد سال به شکل کنونی خود رسیده است.​ این تئوری به ما نشان می‌دهد که فضا و زمان با هم متولد شده و با انبساط جهان رشد کردند.

#فیزیک
#خمیدگی_فضا_زمان
#انبساط_کیهان
#ماده_تاریک
#امواج_گرانشی

👩‍🚀@CosmicFrontiersandPhysics

🔭کوتوله های سفید؛ زامبی های ستاره ای

اجساد ستاره‌ای با سرعتی معادل 1,500,000 مایل بر ساعت (حدود 2.4 میلیون کیلومتر بر ساعت) در حال عبور پرشتاب از کهکشان هستند و چگالی آن‌ها به حدی است که یک قاشق چای‌خوری از آن‌ها وزنی معادل دو یا سه فیل دارد. این گلوله‌های کیهانی، کوتوله‌های سفید نام دارند که در حال شکستن تمامی محدودیت‌های سرعت در فضا می باشند.

​کوتوله‌های سفید بقایای ستارگانی مانند خورشید ما پس از مرگشان هستند. آن‌ها اساسا زامبی‌های ستاره‌ای به حساب می آیند که جرمی معادل کل خورشید ما در فضایی به اندازه زمین در آن‌ها فشرده شده است. این تراکم آن‌ها را به گلوله‌های کیهانی فوق‌العاده چگال تبدیل کرده است.

اغلب کوتوله‌های سفید برای میلیاردها سال به آرامی در جای خود باقی می‌مانند. اما ستاره‌شناسان ده‌ها مورد از آن‌ها را کشف کرده‌اند که با سرعت‌های سرسام‌آوری در فضا می‌تازند. سرعت برخی از آن‌ها به حدی زیاد است که می‌توانند فاصله زمین تا ماه را تنها در عرض چند دقیقه طی کنند. ​محتمل ترین توضیح در این باره چیست؟ آن‌ها بازماندگان انفجارهای ستاره‌ای موسوم به سوپرنوا هستند. هنگامی که ستاره‌ی همدم (همراه) آن‌ها منفجر می‌شود، شبیه بریدن طناب یک وزنه در حال چرخش، کوتوله سفید مانند یک قلاب سنگ کیهانی به بیرون پرتاب می‌شود. به عنوان مثال، یک کوتوله سفیدی به نام LP 40-365 با سرعتی معادل 1,400,000 مایل بر ساعت (حدود 2.25 میلیون کیلومتر بر ساعت) در حال سفر یک‌طرفه به خارج از کهکشان ماست. این ستاره حتی آثار جراحت ناشی از انفجاری که آن را به پرواز درآورده، با خود حمل می‌کند. این اجرام نه تنها سریع، بلکه به طور غیرقابل تصوری سرعتشان بالاست. آن‌ها در اوج سرعت خود می‌توانند کل ایالات متحده را در حدود تنها 8 ثانیه طی کنند. سریع‌ترین رانندگان فراری کهکشان، ستارگان مرده‌ای هستند که دیگر چیزی برای از دست دادن ندارند. ​

👩‍🚀پ.ن:
یک ستاره برای تبدیل شدن به کوتوله سفید باید جرمی اولیه در حدود 8 برابر جرم خورشید داشته باشد ​در اینجا ستاره پس از میلیاردها سال سوزاندن هیدروژن در هسته خود، سوختش را به پایان رسانیده و ب حدی داغ و مقبض می گردد که لایه‌های بیرونیش متورم گشته و تا یک غول سرخ پیش می رود. در هسته غول سرخ، هلیوم شروع به همجوشی کرده و کربن و اکسیژن تولید می‌کند. هنگامیکه سوخت هلیوم نیز به پایان رسید، دیگر هیچ فشار گرمایی‌ برای مقابله با گرانش در هسته وجود ندارد. ​در نهایت، لایه‌های بیرونی ستاره که عمدتا هیدروژن و هلیوم نسوخته هستن به آرامی به بیرون پرتاب شده و یک سحابی سیاره‌نمای رنگارنگ و درخشان را تشکیل می‌دهند. آنچه باقی می‌ماند، هسته داغ، فشرده و عریان ستاره است که کوتوله سفید نام دارد.

طبق اصل طرد پاولی، هیچ دو فرمیون مانند الکترون نمی‌توانند دقیقا در یک حالت کوانتومی شامل مکان، تکانه و اسپین قرار گیرند. ​برای اطاعت از این قانون، الکترون‌ها مجبورند حتی در غیاب گرما که منبع فشار در ستارگان معمولی است با سرعت‌های بسیار بالا (نزدیک به سرعت نور) حرکت کنند. این حرکت سریع، فشار عظیمی ایجاد می‌کند که فشار تباهیدگی الکترونی نامیده می‌شود و با موفقیت در برابر نیروی رمبش گرانشی مقابله کرده و ستاره را پایدار نگه می‌دارد.
​فشار تباهیدگی الکترونی تنها می‌تواند جرم معینی را تحمل کند. اگر جرم یک کوتوله سفید از 1.44 برابر جرم خورشید فراتر رود، فشار تباهیدگی الکترونی دیگر نمی‌تواند با گرانش مقابله کرده و منجر به رمبش گرانشی می گردد و بسته به مکانیزم رمبش و میزان جرم، می‌تواند به انفجار سوپرنوای نوع Ia یا رمبش به یک ستاره نوترونی منجر شود. ​
کوتوله سفید، پس از تشکیل، دیگر از طریق همجوشی انرژی تولید نکرده و طی یک فرآیند ساده، سرنوشتش به سرمایش منتهی می شود.

سرمایش ​انرژی حرارتی: کوتوله سفید تنها توسط حرارت انباشته شده از زمان مرگ ستاره والد خود، می‌درخشد. ​

طول عمر: این اجرام به آرامی انرژی خود را به فضا تابش می‌کنند و دما و درخشندگی آن‌ها در طول میلیاردها سال کاهش می‌یابد.

نقطه پایان کیهانی: پیش‌بینی می‌شود که پس از تریلیون‌ها سال، کوتوله سفید به قدری سرد و کم‌نور می شود که دیگر هیچ نوری ساطع نمی کند. این مرحله تئوریکی، کوتوله سیاه نامیده می‌شود. ​

از آنجایی که سن جهان برای سرد شدن کامل یک کوتوله سفید کافی نیست هنوز هیچ کوتوله سیاهی در کیهان وجود ندارد. این اجرام در آینده کیهان سردترین و پایدارترین اجرام ستاره‌ای به شمار خواهند رفت که می‌توانند تا ابد وجود داشته باشند و به دلیل چگالی فوق‌العاده، حد جرمی فیزیکی و نقششان در مکانیسم انفجارهای سوپرنوای نوع Ia (به عنوان شمع استاندارد)، اجرام محوری در درک پویایی ستاره‌ای و اندازه‌گیری‌های کیهان‌شناسی خواهند بود.

#فیزیک
#رمبش
#کوتوله_سفید
#همجوشی_هسته_ای


👩‍🚀@CosmicFrontiersandPhysics

🔭یک آزمایش غیرممکن: اتم‌ها مانند امواج رفتار می‌کنند.

بر اساس فرضیه لویی دو بروی، تمام ذرات مادی، از الکترون‌ها گرفته تا اتم‌ها و مولکول‌ها، علاوه بر خاصیت ذره‌ای، دارای خاصیت موجی نیز هستند. طول موج این موج مادی با تکان ذره، رابطه‌ی معکوس دارد.

👩‍🚀پ.ن:
خاصیت موجی معمولا در مقیاس‌های ماکروسکوپیک قابل مشاهده نیست، زیرا تکانه اجسام بزرگ آن‌قدر زیاد است که طول موجشان بسیار کوچک و غیرقابل اندازه‌گیری می‌شود. اما برای ذراتی مانند اتم‌ها، این رفتار موجی را می‌توان از طریق پدیده‌هایی مانند تداخل و پراش مشاهده کرد.

آزمایش غیرممکن در این زمینه معمولا به یکی از دو مورد زیر اشاره دارد:

​غلبه بر ناهمدوسی کوانتومی: بزرگترین مانع برای مشاهده رفتار موجی در سیستم‌های بزرگ، پدیده ناهمدوسی است.
هرگونه برهمکنش ذره با محیط اطراف مانند برخورد با فوتون‌ها یا مولکول‌های دیگر باعث می‌شود که حالت کوانتومی آن از بین برود و خاصیت موجی‌اش محو شود و به اصطلاح، تابع موج آن فرو بپاشد.

آزمایش شکاف دوگانه در بُعد زمان:

نسخه فضایی (کلاسیک): یک ذره، مثلا یک اتم، همزمان از دو شکاف که در فضا از هم جدا هستند، عبور می‌کند و با خودش تداخل کرده و یک طرح تداخلی ایجاد می‌کند.

​در نسخه زمانی (آزمایش جدید): به جای دو شکاف فضایی، یک بسته موج اتمی در دو لحظه زمانی مختلف با یک مانع بالقوه برهم‌کنش می‌کند، این کار مثلا با پالس‌های لیزری بسیار سریع انجام می‌شود. در واقع، شکاف‌ها در زمان باز و بسته می‌شوند. مشاهده طرح تداخلی در این حالت نشان می‌دهد که حالت کوانتومی اتم به صورت همزمان در دو نقطه زمانی مختلف وجود داشته و با خودش تداخل کرده است.

#فیزیک
#اتم
#پراش_الکترون
#رفتار_موج_ذره
#ناهمدوسی_کوانتومی
#پارت_یک



👩‍🚀@CosmicFrontiersandPhysics

🔭یک چیدمان آزمایشگاهی معمول برای پراش الکترون‌ها:

به این صورت که یک پرتو الکترونی پس از عبور از عدسی‌های مغناطیسی و نمونه، الگوی پراشی ایجاد می‌کند.
​به عنوان یک پیش‌زمینه کوتاه، در سال ۱۹۲۷ تامسون نشان داد که الکترون‌هایی که از یک توری بلوری عبور می‌کنند، پراشیده می‌شوند و یک الگوی مشخص ایجاد می‌کنند که از ویژگی‌های امواج است. از آن زمان، این آزمایش به یک آزمایش کوانتومی کلاسیک برای نمایش رفتار موجی ماده تبدیل شده است. علی‌رغم دهه‌ها پژوهش پس از این اکتشاف، پراش از طریق چنین توری‌هایی فقط برای ذرات زیراتمی گزارش شده بود اما تاکنون هیچ گزارشی از وقوع آن برای اتم‌ها ارائه نشده است.

👩‍🚀پ.ن:
اجزای اصلی چیدمان آزمایشگاهی پراش الکترون عبارتند از:
فوتوکاتد-باریکه الکترونی-میدان فرکانس رادیویی-عدسی مغناطیسی-نمونه و طرح پراش.

فوتوکاتد: یک سطح فلزی که با تابش نور مثلا از یک لیزر، الکترون‌ها را از طریق اثر فوتوالکتریک گسیل می‌کند. این بخش، منبع تولید الکترون‌هاست.

​باریکه الکترونی: الکترون‌های آزاد شده، شتاب داده شده و به صورت یک باریکه متمرکز به سمت نمونه هدایت می‌شوند.

​میدان فرکانس رادیویی: معمولا برای شتاب دادن به الکترون‌ها تا انرژی جنبشی مورد نظر به کار می‌رود.

​عدسی مغناطیسی: از میدان‌های مغناطیسی برای متمرکز کردن باریکه الکترونی بر روی نمونه استفاده می‌کند، عملکردی شبیه به عدسی‌های شیشه‌ای برای نور.

​نمونه: یک ماده با ساختار منظم و بلوری(کریستالی). در این ساختار، اتم‌ها در فواصلی مشخص و تکرارشونده قرار گرفته‌اند و یک توری پراش طبیعی برای امواج مادی با طول موج مناسب ایجاد می‌کنند.

​طرح پراش: هنگامی که امواج الکترونی از شبکه بلوری عبور می‌کنند، پراشیده شده و با یکدیگر تداخل سازنده و ویرانگر انجام می‌دهند. این تداخل، الگویی از نقاط یا حلقه‌های روشن و تاریک را بر روی آشکارساز ایجاد می‌کند که اثبات قطعی رفتار موجی الکترون‌هاست.

چرا پراش اتم‌ها از یک توری بلوری (مانند آنچه برای الکترون‌ها انجام شد) اینقدر دشوار و تا همین اواخر ناممکن بوده است؟

اندازه و برهم‌کنش: اتم‌ها بسیار بزرگ‌تر و سنگین‌تر از الکترون‌ها هستند. هنگامی که یک اتم به سطح یک جامد بلوری نزدیک می‌شود، نیروهای بسیار قوی کوتاه‌برد مانند نیروهای واندروالسی بر آن اثر می‌گذارند. این نیروها می‌توانند باعث شوند اتم به سطح بچسبد یا به شکلی پراکنده شود که همدوسی کوانتومی آن از بین برود و دیگر قادر به ایجاد طرح تداخلی نباشد.

طول موج دو بروی: طول موج یک ذره با تکانه آن رابطه معکوس دارد. برای دستیابی به طول موجی در محدوده فاصله بین اتمی در یک بلور (حدود چند آنگستروم)، اتم‌ها باید سرعت بسیار کمی داشته باشند (اتم‌های فوق سرد). آماده‌سازی و هدایت چنین اتم‌هایی بدون از بین بردن حالت کوانتومی آن‌ها بسیار پیچیده است.

پژوهشگران به تازگی موفق شده‌اند بر این چالش غلبه کنند و برای اولین بار، پراش اتم‌ها را نه با عبور از میان یک بلور سه بعدی، بلکه با بازتاباندن آن‌ها از سطح یک بلور ، مثلا گرافن یا سطح یک کریستال به نمایش بگذارند. در این روش که سطح منظم و دو بعدی بلور نقش توری پراش را ایفا می‌کند، با کنترل دقیق زاویه تابش و انرژی اتم‌ها، توانسته‌اند تداخل کوانتومی آن‌ها را مشاهده کنند.


#فیزیک
#اتم
#پراش_الکترون
#طول_موج
#دوبروی
#پارت_دو


👩‍🚀@CosmicFrontiersandPhysics

🔭این پژوهش، یک چالش صد ساله را با نمایش پراش اتم‌های هلیوم و هیدروژن در انرژی‌های بالا (مرتبه کیل‌الکترون‌ولت) از طریق یک توری گرافنی تک‌لایه، حل می‌کند.

چیدمان مذکور، که اتلاف تکانه به توری را به حداقل می‌رساند، امکان انتقال تکانه بالا را فراهم می‌کند؛ امری که برای توسعه تداخل‌سنج‌هایی با حساسیت بالا ضروری است.

👩‍🚀پ.ن:
مفاهیم کلیدی که در این بخش باید به شرح آن ها پرداخت عبارتند از: گرافن تک‌لایه-رژیم انرژی بالا و انتقال تکانه بالا.

گرافن تک‌لایه: مشکل برهم‌کنش‌های قوی اتم با سطح یک بلور سه‌بعدی، با استفاده از نازک‌ترین ماده ممکن در جهان حل شده است: گرافن.
​از آنجایی که گرافن تنها یک اتم ضخامت دارد، اتم‌های هیدروژن و هلیوم می‌توانند از میان آن عبور کنند بدون آنکه زمان زیادی برای برهم‌کنش‌های پیچیده‌ای مانند نیروهای واندروالس که باعث ناهمدوسی می‌شوند، وجود داشته باشد. ساختار شش‌ضلعی و کاملا منظم اتم‌های کربن در گرافن، یک توری پراش ایده‌آل و بی‌نقص را فراهم می‌کند.

رژیم انرژی بالا: ​استفاده از اتم‌هایی با انرژی جنبشی بالا (در محدوده keV) یک نکته کلیدی دیگر است. این انرژی بالا تضمین می‌کند که اتم‌ها آنقدر سریع حرکت می‌کنند که می‌توانند از سد پتانسیل الکترواستاتیکی شبکه گرافن عبور کنند و به آن نچسبند.
​در انرژی‌های پایین، اتم‌ها به راحتی توسط نیروهای سطحی منحرف شده یا جذب می‌شوند و حالت کوانتومی خود را از دست می‌دهند.

انتقال تکانه بالا: ​این یکی از مهم‌ترین پیامدهای فنی این آزمایش است. در پدیده پراش، توری به ذره عبوری، یک تکانه عمود بر مسیر اولیه وارد می‌کند و آن را منحرف می‌سازد. میزان این تکانه‌ی منتقل‌شده، زاویه پراش را تعیین می‌کند.

تداخل‌سنجی اتمی: یک بسته موج اتمی ابتدا توسط یک توری پراش به دو بخش تقسیم می‌شود ، سپس این دو مسیر توسط توری‌های دیگر هدایت شده و در نهایت با هم ترکیب می‌شوند تا یک طرح تداخلی ایجاد کنند.
​حساسیت یک تداخل‌سنج به عواملی مانند گرانش یا شتاب، مستقیما به مساحت محصور شده بین دو مسیر موج اتمی بستگی دارد. انتقال تکانه بالاتر به معنای زاویه جدایی بیشتر بین دو مسیر و در نتیجه، مساحت بسیار بزرگتر است. این امر منجر به ساخت تداخل‌سنج‌هایی با حساسیت فوق‌العاده بالا می‌شود.

#فیزیک
#اتم
#تداخل_سنج_اتمی
#انتقال_تکانه
#پارت_سه

👩‍🚀@CosmicFrontiersandPhysics

🔭انقلابی از فیزیک بنیادی تا پنجره‌ای نوین به کیهان

​این یافته، که به درک ما از تداخل‌سنجی امواج مادی اتمی کمک می‌کند، کلیدی برای طراحی حسگرهای کوانتومی و حتی آن دسته از آشکارسازهای اتمی است که برای اندازه‌گیری پدیده‌های بسیار حساس - مانند امواج گرانشی که با فناوری امروزی دور از دسترس قرار دارند - مورد نیاز هستند.

👩‍🚀پ.ن:
اهمیت این یافته در دو سطح قابل بررسی است:
پیشرفت در حسگرهای کوانتومی
و رسیدن به مرز نهایی یا آشکارسازی امواج گرانشی دور از دسترس.
​

پیشرفت در حسگرهای کوانتومی: تکنیک جدید پراش اتم‌ها با انتقال تکانه بالا، امکان ساخت تداخل‌سنج‌های اتمی با حساسیت بی‌سابقه را فراهم می‌کند. این حسگرها می‌توانند مقادیر فیزیکی را با دقتی فراتر از هر ابزار کلاسیکی اندازه‌گیری کنند.
کاربردهای مستقیم آن عبارتند از:
​گرانش‌سنج: نقشه‌برداری بسیار دقیق از میدان گرانشی زمین برای اکتشافات زمین‌شناسی و پیش‌بینی فعالیت‌های آتشفشانی.

​ناوبری اینرسی: ساخت سیستم‌های موقعیت‌یابی و ناوبری فوق‌دقیق برای هواپیماها و زیردریایی‌ها که به سیگنال‌های خارجی (مانند GPS) وابسته نیستند.

​ساعت‌های اتمی دقیق‌تر: بهبود استانداردهای جهانی زمان‌سنجی.

​ مرز نهایی و یا آشکارسازی امواج گرانشی دور از دسترس:
​این هیجان‌انگیزترین چشم‌انداز این فناوری است و مستقیما به حوزه کیهان‌شناسی و اخترفیزیک مرتبط می‌شود.
آشکارسازهای کنونی امواج گرانشی، تداخل‌سنج‌های لیزری غول‌پیکری هستند که در بازه فرکانسی بالا (معمولا ۱۰ هرتز تا چند کیلوهرتز) کار می‌کنند و قادر به آشکارسازی رویدادهای فاجعه‌بار و سریع کیهانی مانند ادغام سیاه‌چاله‌ها و ستاره‌های نوترونی هستند. اما این آشکارسازها به دلیل نویزهای لرزه‌ای زمین و محدودیت‌های دیگر، نسبت به امواج گرانشی در بازه فرکانسی پایین و متوسط، یعنی حدود ۰.۱ تا ۱۰ هرتز، حساسیت بسیار کمی دارند که دقیقا در همین بازه فرکانسی، پدیده‌های کیهانی بسیار مهمی وجود دارند که مطالعه آن‌ها می‌تواند درک ما از کیهان را متحول کند، مانند پس‌زمینه امواج گرانشی کیهانی،ادغام سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم و منابع کهکشانی.
تداخل‌سنج‌های اتمی راه‌حلی ایده‌آل برای پر کردن این شکاف مشاهداتی هستند. در این دستگاه‌ها، به جای آینه‌های معلق، ابر‌های اتمی فوق سرد در حال سقوط آزاد به عنوان جرم‌های آزمون عمل می‌کنند. از آنجایی که این اتم‌ها به طور کامل از نویزهای لرزه‌ای و محیطی ایزوله هستند، حساسیت فوق‌العاده‌ای به تغییرات جزئی در فضا-زمان ناشی از عبور امواج گرانشی در فرکانس‌های پایین دارند.

بنابراین، این یافته بنیادی در پراش اتم‌ها، تنها یک تایید دیگر بر شگفتی‌های مکانیک کوانتومی نیست؛ بلکه یک گام عملی و حیاتی به سوی ساخت ابزارهایی است که می‌توانند پنجره کاملا جدیدی را به روی کیهان باز کرده و به ما اجازه دهند تا صدای ضعیف‌ترین نجواهای گرانشی از ابتدای زمان را بشنویم.

#فیزیک
#اتم
#امواج_گرانشی
#حسگرهای_کوانتومی
#پارت_چهار

👩‍🚀@CosmicFrontiersandPhysics

🔭پیک‌های کیهانی: چگونه سیارک‌ها بذر حیات را در جهان می‌پراکنند؟

شاید حیات در هر جهانی از صفر آغاز نشود. سیارک‌ها می‌توانند نقش پیک‌های کیهانی را ایفا کنند که بسته‌های اولیه حیات را در سراسر کهکشان توزیع می‌کنند. اما این ترکیبات شیمیایی کیهانی چگونه به سیارات می‌رسند؟

همین حالا، زمین سالانه در معرض بارش ده‌ها هزار تُن ریزشهاب‌سنگ و گرد و غبار کیهانی قرار دارد. این پدیده مانند بارشی دائمی از مواد اولیه حیات از فضاست. البته، روشی مهیب‌تر نیز وجود دارد: برخوردهای سیارکی عظیم.

هر دو روش انتقال، میلیاردها سال است که نه تنها بر روی زمین، بلکه بر روی تمام سیارات سنگی و قمرهای منظومه شمسی در حال وقوع است.
​مریخ نیز همین فرآیند را تجربه می‌کند.
​اروپا و انسلادوس با اقیانوس‌های زیرسطحی خود، دائما با ترکیبات آلی تازه، غنی می‌شوند.
​حتی سیاره کوتوله سرس نیز شواهدی از ترکیب مواد آلی با آب‌های شور زیرسطحی خود نشان می‌دهد.
​جهانی سرشار از حیات؟
​اینجاست که موضوع واقعا هیجان‌انگیز می‌شود. اگر سیارک‌ها مواد اولیه حیات را به همه جا منتقل می‌کنند، پس کیهان ممکن است بسیار بیشتر از آنچه تصور می‌کردیم از نظر زیستی فعال باشد. بر این اساس، هر منظومه ستاره‌ای که دارای سیارک‌ها و سیارات سنگی باشد، به یک بستر بالقوه برای شکل‌گیری حیات تبدیل می‌شود.

👩‍🚀پ.ن:
تحویل مواد اولیه حیات توسط سیارک‌ها، دنباله‌دارها و غبار کیهانی یا همان پان‌اسپرمیای مولکولی یک مبحث قدرتمند و مبتنی بر شواهد محکم ،کاملا عینی و قابل اندازه‌گیری است که توضیح می‌دهد چگونه زمین اولیه به سرعت با ترکیبات آلی غنی شد. این ایده چارچوب اصلی درک ما از شیمی پیشازیستی و بخش جدایی‌ناپذیر از مدل‌های استاندارد آستروبایولوژی را تشکیل می‌دهد.

گنجینه شهاب‌سنگ‌های کربنی:
​نمونه شاخص آن شهاب‌سنگ مورچیسون می باشد که یک آزمایشگاه طبیعی است و تحلیل آن وجود مولکول‌های زیر را بدون هیچ ابهامی تأیید کرده است:
​اسیدهای آمینه: بیش از ۱۰۰ نوع مختلف (بسیار متنوع‌تر از ۲۰ نوع مورد استفاده در حیات زمینی).

​بازهای نوکلئوتیدی: اجزای سازنده DNA و RNA مانند آدنین و گوانین.

​مولکول‌های قندی: مانند ریبوز که ستون فقرات RNA را تشکیل می‌دهد.

​لیپیدها: مولکول‌هایی که می‌توانند غشاء سلولی اولیه را تشکیل دهند.

کارخانه‌های مولکولی در فضا:
در ​رصد مستقیمی که با استفاده از طیف‌سنجی رادیویی و فروسرخ صورت گرفته، اخترشیمیدان‌ها حضور بیش از ۲۰۰ نوع مولکول مختلف را در ابرهای مولکولی غول‌پیکر و مهد تولد ستارگان و سیارات و قرص‌های پیش‌سیاره‌ای شناسایی کرده‌اند. این مشاهدات نشان می‌دهد که شیمی آلی پیچیده، یک فرآیند رایج و استاندارد در کهکشان است و قبل از شکل‌گیری سیاراتی مانند زمین، این مواد اولیه از قبل در فضا وجود داشته‌اند.

مکانیسم‌های فیزیکی انتقال:
​روش اول: بارش ملایم و پیوسته
​عامل: ریزشهاب‌سنگ‌ها و غبار کیهانی.
​فیزیک فرآیند: به دلیل نسبت بالای سطح به جرم، این ذرات در اتمسفر فوقانی به سرعت ترمز کرده و بدون تجربه گرمای شدید، به آرامی بر سطح سیاره فرود می‌آیند. این روش، ایده‌آل‌ترین راه برای تحویل مولکول‌های شکننده بدون تخریب آن‌هاست.

​روش دوم: برخوردهای کاتالیزوری
​عامل: سیارک‌ها و دنباله‌دارها در دوران بمباران سنگین پسین.
​نقش دوگانه: این برخوردها نه تنها مقادیر عظیمی از مواد آلی و آب را به صورت یک‌جا تحویل می‌دادند، بلکه انرژی حاصل از برخورد می‌توانست شرایط لازم برای مراحل بعدی شیمی را فراهم کند؛ مانند ایجاد چشمه‌های آب‌گرم در محل برخورد که محیطی ایده‌آل برای سنتز مولکول‌های پیچیده‌تر محسوب می‌شوند.

پذیرش این دیدگاه، رویکرد ما نسبت به جایگاه حیات در کیهان را به طور کامل دگرگون می‌کند.
​ اگر مواد اولیه حیات و مکانیزم توزیع آن‌ها در کیهان فراوان و رایج هستند، پس نتیجه منطقی این است که شرایط لازم برای پیدایش آن نیز، باید در کیهان رایج باشد. این امر احتمال وجود حیات در سیارات دیگر را از یک احتمال صرفا فلسفی به یک انتظار علمی معقول تبدیل می‌کند و به ما می‌گوید که زندگی در زمین احتمالا محصول یک فرآیند استاندارد کیهانی است، نه یک رویداد منحصر به فرد و استثنایی.

#فیزیک
#شیمی
#سیارک_ها
#پان_اسپرمیا
#آستروبایولوژی

👩‍🚀@CosmicFrontiersandPhysics

🔭هیچ بزرگ یا ابر خلاء کیهانی؛ که با نام خلاء بوتس شناخته می‌شود.

این منطقه چنان بزرگ و عظیم است که پیمودن آن با سرعت نور ۳۳۰ میلیون سال به طول می‌انجامد. برای درک مقیاس آن، تصور کنید اگر کل کهکشان راه شیری ما به اندازه یک نخود باشد، این خلاء وسعتی برابر با یک استادیوم فوتبال خواهد داشت.

نکته شگفت‌انگیز اینجاست که طبق محاسبات، در چنین حجمی از فضا باید حدود ۱۰,۰۰۰ کهکشان وجود داشته باشد، اما تاکنون تنها حدود ۶۰ کهکشان در آن شناسایی شده است.

این منطقه به قدری به شکل غیرعادی تهی است که دانشمندان آن را هیچ بزرگ نامیده اند. اگر در مرکز این خلاء شناور باشید، با چشم غیرمسلح قادر به دیدن حتی یک ستاره یا کهکشان نخواهید بود؛ تنها تاریکی مطلق در تمام جهات شما را احاطه خواهد کرد.
این ناحیه آنچنان به طرز شگفتی خالی است که برخی از اخترشناسان به شوخی آن را بیش از حد بی‌نقص می‌خوانند، گویی عاملی هوشمند یا پدیده‌ای ناشناخته عمدا این ناحیه از فضا را پاکسازی کرده است.
با این حال، محتمل‌ترین توضیح علمی این است که خلاء بوتس در نتیجه تکامل ساختارهای کیهانی در مقیاس بزرگ شکل گرفته است. این خلاء احتمالا از ادغام نواحی‌ای با چگالی ماده تاریک کمتر به وجود آمده است. در این مناطق، کشش گرانشی برای تشکیل و تجمیع کهکشان‌ها به اندازه کافی قوی نبوده و در نتیجه، عمدتا خالی باقی مانده‌اند و ممکن است طی میلیاردها سال، این خلاءهای کوچکتر با یکدیگر ادغام شده و این فضای عظیم و فوق‌العاده خالی را پدید آورده باشند.

👩‍🚀پ.ن:
خلاءکیهانی به مناطق وسیع و کم‌چگالی در شبکه کیهانی گفته می‌شود که توسط رشته‌ها ، دیوارها و خوشه‌های کهکشانی احاطه شده‌اند. این خلاءها بخش غالب حجم یونیورس را تشکیل می‌دهند اما کسر کوچکی از جرم آن را در خود جای داده‌اند. خلاءها صرفا فضاهای خالی نیستند، بلکه ساختارهایی دینامیک و حیاتی محسوب می‌شوند.

خلاءها را می‌توان بر اساس معیارهای مختلفی دسته‌بندی کرد:

​بر اساس اندازه:

​خلاءهای معمولی: قطری در حدود ۲۰ تا ۱۵۰ میلیون سال نوری دارند و رایج‌ترین نوع خلاءها هستند.

​ابرخلاها : ساختارهای بسیار بزرگی با قطر بیش از ۳۰۰ میلیون سال نوری هستند که احتمالا از ادغام خلاءهای کوچکتر به وجود آمده‌اند. خلاء بوتس و ابرخلاء اریدانوس نمونه‌های برجسته آن هستند.

​بر اساس دینامیک ​و محیط:

خلاء در ابر: خلاءهایی که در یک منطقه بزرگ‌تر با چگالی کلیِ بالاتر از میانگین قرار دارند. این خلاءها تمایل به فروپاشی و کوچک شدن دارند.

خلاء در خلاء: خلاءهایی که در یک ناحیه بزرگ‌تر کم‌چگال قرار گرفته‌اند. این نوع خلاءها تمایل به انبساط و خالی‌تر شدن دارند و بهترین نمونه از تکامل یک خلاء واقعی هستند.

​بر اساس مکان:

​خلاءهای محلی : خلاءهایی که در همسایگی کیهانی ما قرار دارند. مانند خلاء بزرگ محلی که کهکشان راه شیری در لبه آن واقع شده است.

​خلاءهای دوردست : خلاءهایی که در انتقال به سرخ بالا مشاهده می‌شوند و اطلاعاتی از ساختار کیهان در گذشته‌های دور به ما می‌دهند.

مطالعه خلاءها برای درک عمیق کیهان از لحاظ آزمون مدل‌های کیهانی،کاوش انرژی تاریک،مطالعه گرانش،​درک چگونگی تشکیل کهکشان ها بسیار ضروری می باشد و اسرار مهمی درباره منشا، تکامل و سرنوشت نهایی یونیورس فاش می کند.

#فیزیک
#هیچ_بزرگ
#خلاء_بوتس
#اخترفیزیک

👩‍🚀@CosmicFrontiersandPhysics

🔭​جریان تاریک؛ حرکتی غیرمنتظره در خوشه‌های کهکشانی

دانشمندان صدها خوشه‌ کهکشانی را که با سرعتی بیش از یک میلیون کیلومتر در ساعت در یک جهت واحد در حال حرکت هستند، کشف کرده‌اند. این موضوع از لحاظ نظری نباید اتفاق بیفتد، زیرا تصور بر این است که کهکشان‌ها در مقیاس‌های بزرگ به صورت تصادفی و ناهمسانگرد در فضا حرکت می کنند، اما این خوشه‌ها، به‌طور هم‌زمان، گویی مانند سربازانی کیهانی همگی به یک سمت رانده می‌شوند.
​​

این پدیده، که در متون علمی با نام جریان تاریک شناخته می‌شود، از این جهت ترسناک است که فرض می کند چیزی نادیدنی در حال کشیدن خوشه هاست؛ ساختاری فوق‌العاده عظیم که در ورای مرزهای جهان قابل مشاهده ما قرار داشته و به قدری قدرتمند و دور است که هرگز نمیتوانیم آن‌ را ببینیم اما نیروی گرانشش از فاصله‌ی میلیاردها سال نوری عبور کرده و کل خوشه‌های کهکشانی را می‌کِشد.
​فرضیه‌های مطرح شده می گوید، ممکن است این حرکت، یک پژواک و اثر باقی‌مانده از دوران پیش از مه‌بانگ باشد و نظریه‌ جسورانه‌تر این است که شاید نیروی گرانش در این مقیاس‌ها ، آن‌گونه که در نظریات فعلی ماست، عمل نمی‌کند.
​

👩‍🚀پ.ن:
مفهوم جریان تاریک عمدتا از تحلیل داده‌های ماهوارهWMAP (آزمایش ناهمسانگردی ریزموج ویلکینسون) توسط تیم الکساندر کاشلینسکی و همکارانش به دست آمد. این تیم از اثر کینماتیک زلدوویچ-سیونایف برای اندازه‌گیری این سرعت‌ها استفاده کرد، که ناشی از پراکندگی فوتون‌های تابش پس‌زمینه‌ی کیهانی هنگام عبور از گاز داغ درون خوشه‌های کهکشانی متحرک بود، به این شیوه که اگر خوشه در حال حرکت به سمت ما باشد، فوتون‌ها کمی، به سمت آبی و اگر دور شود، کمی به سمت قرمز شیفت پیدا می‌کنند. این شیفت، اندازه‌گیری سرعت ویژه خوشه‌ها را ممکن می‌سازد.
​

آنچه جریان تاریک را هیجان‌انگیز کرد، تضاد آن با دو اصل کلیدی کیهان‌شناسی نوین بود:

​اصل کیهان‌شناختی : این اصل فرض می‌کند که جهان در مقیاس‌های بزرگ، همگن و ایزوتروپیک است. مشاهده‌ یک جریان عظیم که صدها خوشه را در یک جهت خاص (به سمت صورت فلکی قنطورس و بادبان) هل می‌دهد، به معنای وجود یک ناهمسانگردی بزرگ بود که این اصل را نقض می‌کرد.

​پیش‌بینی ΛCDM : مدل ΛCDM پیش‌بینی می‌کند که هرگونه جریان بزرگ مقیاس ناشی از جذب گرانشی باید در فاصله‌هایی در حدود ۱۰۰ مگاپارسِک یا کمتر میرا شود. اما جریان تاریک در فواصل بسیار بزرگ‌تر تا حدود ۱ گیگاپارسِک یا بیشتر ادامه داشت.
برای توجیه این حرکت غیرمنتظره، فرضیه‌هایی مطرح شدند که جهان را فراتر از مدلΛCDM می‌بردند:

​ساختارهای پیش از مه‌بانگ: حرکت جهت‌دار می‌توانست نشان‌دهنده یک گرادیان چگالی عظیم باشد که در دوران تورم کیهانی یا حتی پیش از مه‌بانگ مانند مدل‌های اکپایروتیک ایجاد شده و تاثیر خود را تا امروز حفظ کرده است.

​تعامل گرانشی فراسوی افق : مهم‌ترین فرضیه این بود که یک یا چند ساختار بزرگ جرم مانند فوق‌خوشه‌ها یا دیوارها در منطقه‌ای که اکنون از نظر علّی از ما جدا شده است ، این خوشه‌ها را به سمت خود می‌کشند. از آنجا که افق کیهانی یک محدودیت نوری است و نه گرانشی، تأثیر گرانشی آن‌ها می‌توانست به ما برسد.

بر پایه‌ی داده‌های معتبر، امروزه این پدیده بیشتر به عنوان یک ناهنجاری رصدی یا خطای آماری/سیستماتیک شناخته می‌شود تا یک واقعیت فیزیکی .

نقش ماهواره‌ پلانک: داده‌های بسیار دقیق‌ ماهواره‌ی پلانک که جانشینWMAP بود، در اندازه‌گیری CMB، به‌ویژه نقشه‌ دقیق‌تر آن از نوسانات، نتوانست شواهد محکمی برای حمایت از جریان تاریک پیدا کند و از همسانگردی قوی در مقیاس‌های بزرگ کیهانی پشتیبانی کرد.

​منشا محلی و خطاهای سیستماتیک: شواهد نشان می‌دهند که سیگنال مشاهده‌شده توسط WMAP احتمالا ناشی از خطاهای سیستماتیک در فرآیند کالیبراسیون داده‌ها یا اثرات گرانشی محلی بسیار بزرگ، اما محدود به افق است، مانند تأثیر جاذبه‌ فوق‌خوشه‌ شاپلی یا گرانش‌گر بزرگ ، که در مقیاس‌های کوچک‌تر، حرکات ویژه را به خوبی توجیه می‌کنند.

​عدم تکرارپذیری: تلاش‌ها برای تکرار یا تایید جریان تاریک با استفاده از روش‌های مستقل یا مجموعه‌های داده‌ای جدید، به ویژه در خوشه‌های دورتر، اغلب ناموفق بوده‌اند.​

در نهایت، اکنون اجماع علمی با تکیه بر داده‌های دقیق پلانک و تکرارناپذیری مشاهدات اولیه ، جریان تاریک را رد کرده و به مدل همسانگرد وفادار مانده است. با این حال، اهمیت این بحث در این است که چگونه یک ناهنجاری مشاهده‌ای می‌تواند به عنوان یک آزمایش تنش برای بنیادی‌ترین اصول مدل‌های فیزیکی ما عمل کند.

#فیزیک
#گرانش
#ایزوتروپیک
#کلان_مقیاس
#جریان_تاریک

👩‍🚀@CosmicFrontiersandPhysics

🔭سحابی اسمیت، بومرنگ کیهانی

​یک ابر گازی عظیم با سرعتی معادل ۳۰۰ کیلومتر بر ثانیه در حال حرکت به سوی کهکشان ماست. با سحابی اسمیت آشنا شوید؛ یک پدیده کیهانی عظیم با طولی معادل ۱۱ هزار سال نوری که جرمی در حدود یک میلیون برابر جرم خورشید را حمل می‌کند.

دانشمندان کشف کرده‌اند که این سحابی در واقع گاز خود کهکشان راه شیریست که حدود ۷۰ میلیون سال پیش به بیرون پرتاب شده بود. اکنون، این گاز مانند یک بومرنگ کیهانی نهایی، در حال بازگشت به خانه است.
​سحابی اسمیت پیش از این از یک عبور کامل از نواحی بیرونی کهکشان ما جان سالم به در برده؛ عبوری که انتظار می‌رفت آن را کاملا متلاشی کند، اما به نحوی این سحابی همچنان دست‌نخورده باقی مانده است. این پایداری احتمالا به دلیل محافظت توسط یک پوشش نامرئی از ماده تاریک می باشد.
​هنگامی که این گلوله توپ کیهانی در ۳۰ میلیون سال آینده به کهکشان ما برخورد کند، یک انفجار ستاره‌زایی مهیب را آغاز خواهد کرد. این رویداد، میلیون‌ها ستاره جدید را در یک نمایش آتش‌بازی کهکشانی به وجود خواهد آورد. ما به معنای واقعی کلمه در حال مشاهده آماده‌سازی کهکشان خود برای تولد نسل جدیدی از ستارگان هستیم که از مواد بازیافتیِ گذشته خودش استفاده می‌کنند.

👩‍🚀پ.ن:
کیهان‌شناسان برای دهه ها درباره منشا این ابر پرسرعت تردید داشتند. بنابراین دو فرضیه اصلی را مطرح کردند:
​گاز بکر فراکهکشانی: گازی دست‌نخورده که برای اولین بار از فضای بین کهکشانی به کهکشان ما سقوط می‌کند.
​کهکشان کوتوله شکست‌خورده: یک زیرهاله ماده تاریک که گاز کافی برای تشکیل ستاره‌های پایدار را جمع‌آوری نکرده است.

اندازه‌گیری‌های دقیق توسط تلسکوپ فضایی هابل، فرضیه اول را رد کرد.مشخص شد سحابی اسمیت حاوی عناصری سنگین‌تر از هیدروژن و هلیوم (مانند گوگرد) با غلظتی نزدیک به بخش‌های بیرونی دیسک کهکشان راه شیری است.موادی که قبلا توسط ستارگان در درون کهکشان ما سوخته و به بیرون پرتاب شده‌اند. این شواهد با مدل‌های فواره کهکشانی سازگار بود که در آن، انرژی حاصل از انفجارهای ابرنواختری، گاز دیسک کهکشانی را به سمت هاله‌های بیرونی پرتاب می‌کند و این گاز پس از طی مسیری بالستیک، دوباره به دیسک سقوط می‌کند. به این معنا، سحابی اسمیت نمونه‌ای منحصر به فرد و عظیم از فرآیند بازیافت گاز کهکشانی است.

محافظت توسط ماده تاریک یا میدان مغناطیسی؟

​مهم‌ترین بخش پازل سحابی اسمیت، چگونگی بقای آن است. محاسبات مداری نشان می‌دهد اگر سحابی اسمیت یک ابر گازی صرف بود، می‌بایست بر اثر نیروهای کشندی عظیم کهکشان و فشار پس‌زایشی ناشی از حرکت در گاز داغ هاله، به‌طور کامل متلاشی و پراکنده می‌شد.

فرضیه پوشش ماده تاریک:

شبیه‌سازی‌های هیدرودینامیک نشان داده‌اند که ابرهایی که ساختار ماده تاریک ندارند، در برخورد با دیسک کهکشانی از هم می‌پاشند. اگر این فرضیه تایید شود، سحابی اسمیت نه یک ابر گازی، بلکه یک کهکشان کوتوله شکست‌خورده بدون ستاره خواهد بود که به درک ما از ساختار ماده تاریک در مقیاس‌های کوچک کمک شایانی خواهد کرد.

​نقش میدان مغناطیسی:

​رصدهای انجام شده توسط تلسکوپ‌های رادیویی (مانند VLA و GBT) یک میدان مغناطیسی قوی را در داخل سحابی اسمیت کشف کرده‌اند.
​این میدان مغناطیسی می‌تواند به عنوان یک غشاء محافظ عمل کرده و از تبخیر یا فرسایش گاز در اثر برخورد با پلاسما و گاز داغ هاله جلوگیری کند، مشابه نقشی که مگنتوسفر زمین در حفاظت از جو ایفا می‌کند.

در حال حاضر اجماع فعلی جامعه کیهان‌شناسی بر اساس شواهد فلزینگی بر این است که ​منشا سحابی اسمیت، گاز بازیافتی از دیسک بیرونی کهکشان راه شیری است که میدان مغناطیسی داخلی آن احتمالا به صورت مکمل، نقش مهمی در جلوگیری از فرسایش و تبخیر گازهای سطحی ایفا می کند.
سرانجام سحابی اسمیت با سرعتی بالا به بازوی برساووش کهکشان برخورد کرده و نه تنها حجم عظیمی از گاز سرد (ماده خام ستاره‌زایی) را به دیسک تزریق می نماید، بلکه مهم‌تر از آن، یک موج شوک شدید را ایجاد خواهد کرد. برآورد شده است که این رویداد می‌تواند گاز کافی برای تشکیل ۲ میلیون خورشید را فراهم نموده و یک کمربند جدید از ستارگان جوان، احتمالا مشابه کمربند گولد، نزدیک منظومه شمسی ما، ایجاد کند.

اسمیت به ما نشان می‌دهد که کهکشان‌ها، نه تنها ایستا نیستند، بلکه محیط‌هایی پویایی هستند که به‌طور مداوم مواد خود را بازیافت و با جذب گاز جدید، ستاره‌زایی خود را حفظ می‌کنند.

#فیزیک
#سحابی_اسمیت
#ماده_تاریک
#گازهای_کهکشانی
#ستاره_زایی

👩‍🚀@CosmicFrontiersandPhysics

🔭دما و چگالی‌های فرین در کیهان

در کیهان نواحی ای وجود دارد که دما در آن‌ها به قدری بالاست، که ماده را به‌ سرعت به پلاسما تبدیل می کند و نقاطی چنان سرد پیدا می شود که قطب جنوب در برابر آن‌ها مانند کوره به نظر می‌رسد.

همین حالا، در فاصله ۵۰۰۰ سال نوری از ما، مکانی سردتر از خلا میان‌ستاره‌ای وجود دارد. سحابی بومرنگ با دمایی معادل ۲۷۲- درجه سلسیوس، یعنی تنها یک درجه بالاتر از صفر مطلق.
ماجرا از این قرار است که یک ستاره در حال مرگ، محتویات درونی خود را با سرعت ۱۰۰ مایل بر ثانیه به بیرون پرتاب می‌کند. هم‌زمان با انبساط این گاز، دما با چنان سرعتی افت می‌کند که عملا از تابش پس زمینه کیهانی نیز سردتر می گردد.
​اما دماسنج را سمت دیگری بچرخانید، به نزدیکی ابرسیاه‌چاله‌ها، جایی که ماده تا دمای سرسام‌آور ۱۰ تریلیون درجه داغ می‌شود. که این دما ۶۰۰ هزار برابر داغ‌تر از هسته خورشید ماست. وقتی یک سیاه‌چاله، ستاره‌ای را تکه‌پاره می‌کند، این مخلوط‌کن کیهانی دماهایی خلق می‌کند که قاعدتا نباید خارج از لحظات اولیه مهبانگ وجود داشته باشند.
​حالا نوبت چگالی است. ستاره‌های نوترونی جرمی معادل دو خورشید را در کره‌ای به قطر تنها ۱۲ مایل (حدود ۱۹ کیلومتر) فشرده می‌کنند. وزن یک قاشق چای‌خوری از این ماده حدود ۱ میلیارد تن است. مثل این است که کوه اورست را درون یک حبه قند فشرده کنید. اینجا گرانش چنان شدید است که اگر چیزی را از ارتفاع ۱ متری رها کنید، با سرعت ۴ میلیون مایل بر ساعت به سطح برخورد خواهد کرد.
این اعداد نشان می‌دهند که کیهان چگونه ما را به دیدن رفتار ماده و انرژی در شرایطی نزدیک به حدهای نظریه‌های فعلی فیزیک دعوت می‌کند. شرایطی که قوانین شناخته‌شده را نمی‌شکنند، اما آن‌ها را تا مرز تحملشان تحت فشار قرار می‌دهند.

👩‍🚀پ.ن:
محیط‌های فیزیکی فرین به مناطق خاصی در کیهان اطلاق می‌شوند که در آن‌ها پارامترهای فیزیکی بنیادی مانند دما، چگالی ماده یا گرانش به مقادیر حدی و غیرمعمولی می‌رسند که به طور قابل توجهی از شرایط استاندارد در سیارات، ستارگان رشته اصلی و فضای بین ستاره‌ای متمایز هستند. مانند هسته سیاه‌چاله‌ها، ستاره‌های نوترونی یا سحابی‌های فوق‌سرد.

در اینجا سه مولفه اصلی در شرایط حدی وجود دارد. سرمایش آدیاباتیک ، گرمایش ناشی از برافزایش، و چگالی ماده تباهیده.

سرمایش کیهانی (سحابی بومرنگ): این سحابی یک سحابی پیش‌سیاره‌ای است که ستاره مرکزی آن در حال مرگ است. اصل فیزیکی حاکم در آن انبساط آدیاباتیک می باشد. در تحلیل سحابی بومرنگ، مفهوم انبساط سریع در مقابل تعادل حرارتی قرار می گیرد. در کیهان‌شناسی استاندارد، فرض بر این است که هر جرمِ سردی نهایتا با تابش زمینه کیهانی به تعادل گرمایی می‌رسد. اما سحابی بومرنگ نشان می‌دهد که یک سیستم دینامیک می‌تواند به طور موقت این تعادل را نقض کند. وقتی گاز با سرعت بسیار زیاد منبسط می گردد، این انبساط باعث می‌شود چگالی گاز به شدت کاهش یابد. چون این فرآیند بسیار سریع رخ می‌دهد، فرصتی برای تبادل گرما با محیط وجود ندارد. در نتیجه، انرژی مورد نیاز برای انبساط از انرژی درونی گاز تامین می‌شود. در ترمودینامیک، وقتی یک گاز بدون دریافت گرما از محیط (فرآیند آدیاباتیک) حجمش را افزایش می‌دهد، ناچار است از انرژی جنبشی مولکول‌های خود هزینه کند. در نتیجه دما به شدت افت می‌کند، حتی پایین‌تر از دمای محیط کیهان.

گرمایش سیاه‌چاله‌ای: تابش هاوکینگ سیاه‌چاله‌ها بسیار ناچیز است، اما محیط اطراف آن‌ها (قرص برافزایشی) داغ‌ترین مکان‌های کیهان‌اند. گرمای اطراف سیاه‌چاله به بازدهی تبدیل انرژی (انرژی پتانسیل گرانشی به انرژی حرارتی و تابشی) مربوط می‌شود. وقتی ماده (مانند گاز یک ستاره متلاشی شده) به سمت سیاه‌چاله سقوط می‌کند، در یک مدار چرخشی گرفتار می‌شود. به دلیل اختلاف سرعت چرخش لایه‌های مختلف گاز، اصطکاک ویسکوز شدید بین لایه‌ها ایجاد می‌شود. این اصطکاک، انرژی پتانسیل گرانشی و جنبشی را به انرژی حرارتی تبدیل می‌کند و دما را به تریلیون‌ها درجه می‌رساند، جایی که ماده به پلاسما تبدیل شده و پرتو ایکس ساطع می‌کند.

چگالی ستاره نوترونی: این نوع ستاره ها بقایای هسته یک ستاره پرجرم هستند که پس از انفجار ابرنواختری باقی مانده اند. در اینجا گرانش چنان عظیم است که بر نیروی دافعه الکترونی غلبه کرده و الکترون‌ها را به درون پروتون‌ها فشار می‌دهد تا نوترون بسازند. نتیجه، ماده‌ای است که فضای خالی اتم در آن از بین رفته و تنها هسته‌ها (نوترون‌ها) کنار هم فشرده شده‌اند (شبیه به یک هسته اتمی غول‌پیکر) . این حالت ماده، ماده تباهیده نوترونی نامیده می‌شود که چگالی آن برابر با چگالی هسته اتم در مقیاس یک ستاره است و تحلیل گرانش سطحی آن نشان‌دهنده انحنای شدید فضا-زمان در نزدیکی سطح است.

#فیزیک
#محیط_فرین
#دما
#چگالی
#اختر_فیزیک

👩‍🚀@CosmicFrontiersandPhysics

🔭ستاره‌های تاریک و پیدایش نخستین سیاهچاله های ابَرجرم

ستاره‌های تاریک ممکن است از نخستین ستارگانی باشند که در کیهان شکل گرفتند. آن‌ها زمانی که جهان تنها ۲۰۰ میلیون سال عمر داشت، پا به عرصه وجود گذاشتند. اما سوال اینجاست: ستاره‌های تاریک چگونه می‌توانند سیاهچاله‌هایی واقعا عظیم خلق کنند؟ یک سیاهچاله تازه متولد شده نمی‌تواند جرمی بیشتر از ستاره مادر خود داشته باشد. بنابراین، برای زایش یک سیاهچاله کلان جرم، ستاره مادر نیز باید پرجرم باشد. اما این امر چگونه ممکن است؟

ستاره‌های معمولی محدودیت اندازه دارند. هر ستاره در واقع صحنه نبردی است میان گرانش (که به سمت داخل فشار می‌آورد) و همجوشی هسته‌ای (که به سمت بیرون نیرو وارد می‌کند).
​زمانی که ستاره بیش از حد بزرگ شود، نیروی گرانش آن غالب و کمرشکن می‌شود. در این لحظه، تعادل ظریف میان گرانش و همجوشی در هم می‌شکند، گرانش پیروز گشته و ستاره در خود فرو می‌ریزد.
اما ستاره‌های تاریک ممکن است راه گریزی داشته باشند که به آن‌ها اجازه می‌دهد فوق العاده پرجرم شوند:

نقش انرژی ماده تاریک: انرژی حاصل از ماده تاریک به این ستاره‌ها اجازه می‌دهد تا به ابعادی غول‌آسا دست یابند.
​رشد بی‌وقفه: آن‌ها هنگام شکل‌گیری کوچک و تقریبا هم‌جرم خورشید هستند، اما به دلیل دمای بسیار پایین (خنک بودن)، پیوسته ماده جذب می‌کنند و رشد می‌کنند.
​ابعاد نجومی: این رشد تا جایی ادامه می‌یابد که برخی از آن‌ها به جرمی یک میلیون برابر خورشید و درخشندگی یک میلیارد برابر آن می‌رسند.
با این حال، عمر این غول‌ها طولانی نیست. سرانجام، ذرات ماده تاریک یکدیگر را کاملا نابود می‌کنند. در این مرحله، دیگر سوختی باقی نمی‌ماند تا از فروریزش این حجم عظیم از ماده معمولی جلوگیری کند. و کار تمام است؛ هیچ نیرویی برای پشتیبانی و سرپا نگه داشتن این جرم عظیم و متورم وجود ندارد.
​اگر این جرم به اندازه کافی بزرگ باشد، مستقیما در خود فروریخته و تبدیل به یک سیاهچاله ابَرجرم می‌شود؛ یک هیولای کیهانی در قلب جهان.

👩‍🚀پ.ن:
فرضیه ستاره‌های تاریک که بر خلاف نامشان واقعا تاریک نبوده و درخشان هستند، یکی از زیباترین و در عین حال جسورانه‌ترین راه‌حل‌ها برای دو معمای بزرگ فیزیک یعنی ماهیت ماده تاریک و منشاء سیاهچاله‌های کلان‌جرم اولیه است. برخلاف مدل‌های کلاسیک فروریزش، که در آن‌ها فشار دژنرسانس یا فشار تابشی همجوشی هسته‌ای مانع از رمبش می‌شود، در ستاره‌های تاریک، این نابودی ذرات ویمپ است که نقش ستون‌های نگهدارنده این عمارت عظیم کیهانی را بازی می‌کند.
​

تفاوت فرآیند فروریزش مستقیم با تشکیل سیاهچاله‌های معمولی
​
روش استاندارد:
​این روشی است که سیاهچاله‌های معمولی را تولید می کند. طی این پروسه یک ستاره عظیم ، بطور مثال ۲۰ برابر جرم خورشید، سوخت هسته‌ای خود را تمام کرده و فشار تابشی قطع می گردد، بنابراین هسته دیگر نمی‌تواند وزن لایه‌های بیرونی را تحمل کرده در نتیجه ستاره در یک انفجار مهیب به نام ابرنواختر منفجر می‌شود. لایه‌های بیرونی به فضا پرتاب شده و تنها هسته‌ی فشرده باقی می‌ماند، که ​نتیجه آن تولید یک سیاهچاله نسبتا کوچک با جرمی حدود ۵ تا ۱۰۰ برابر جرم خورشید است. این سیاهچاله برای بزرگ شدن باید میلیاردها سال ماده ببلعد.
​
روش فروریزش مستقیم:
​این همان سناریوی مربوط به ستاره‌های تاریک یا ابرهای گازی اولیه است در این فرایند ، یک ابر عظیم گازی یا یک ستاره تاریک متورم وجود دارد که بسیار پرجرم‌تر از ستارگان معمولی است. نکته کلیدی اینجاست که این اجرام آنقدر پایدار نیستند که وارد چرخه حیات ستارگان معمولی شوند یا منفجر گردند. به جای انفجار و پرتاب ماده به بیرون، کل جرم جسم یا بخش عظیمی از آن ناگهان به دلیل ناپایداری گرانشی در خود فرو ریخته و منجر به زایش یک سیاهچاله بذر می شود که از همان ابتدا غول‌پیکر بوده و جرم آن می‌تواند ۱۰,۰۰۰ تا ۱,۰۰۰,۰۰۰ برابر جرم خورشید باشد.
​

​از منظر رصدی ، تلسکوپ جیمز وب کاندیداهایی را یافته است که تفسیر آن‌ها به عنوان کهکشان با چالش‌هایی روبروست، اما تفسیر آن‌ها به عنوان ستاره تاریک نیز نیازمند پذیرش فیزیک جدیدی است. سوال اصلی اینجاست که چگونه می‌توانیم یک ستاره تاریک را از یک کهکشان اولیه
تشخیص دهیم در حالیکه هر دو در تلسکوپ مانند نقاطی قرمز و دوردست به نظر می‌رسند. کلید تشخیص در توزیع انرژی طیفی آن‌ها نهفته است. تأیید این نظریه نیازمند طیف‌سنجی عمیق برای یافتن خطوط جذب هلیوم دویونیزه و فقدان خطوط نشری فلزی است.

#فیزیک
#ستاره_تاریک
#سیاهچاله_ابرجرم
#ماده_تاریک
#اختر_فیزیک

👩‍🚀@CosmicFrontiersandPhysics