Nowości ze świata nauki

W poprzednim wpisie opisałem projekt budowy teleskopu LOFAR, dla którego właśnie znaleziono jeszcze jedno zastosowanie, a mianowicie poszukiwanie błysków radiowych pochodzących od wyparowujących czarnych dziur, które mogą być “owinięte” wokół dodatkowego wymiaru przestrzeni.

Wybitny fizyk teoretyk Stephen Hawking przewidywał, że czarne dziury wyparowują w procesie kwantowym, który zwany jest “parowaniem Hawkinga”, a przed całkowitym zniknięciem wybuchają w krótkim impulsie energii. Przewiduje się, że w czasie życia Wszechświata całkowicie wyparować mogły jedynie małe czarne dziury o masach rzędu mas asteroid. Takie czarne dziury mogły powstawać w dużych ilościach w pierwszej sekundzie Wielkiego Wybuchu, gdy cząstki elementarne zbijały się razem pod wpływem ogrmnych energii.

W swojej najnowszej pracy Michael Kavic i inni twierdzą, że takie czarne dziury parując mogą emitować promieniowanie, które jesteśmy w stanie wykryć za pomocą radioteleskopów. Warunkiem jednak jest istnienie we Wszechświecie dodatkowego wymiaru oprócz znanych nam trzech wymiarów przestrzennych i czasu. Dodatkowe wymiary są przewidywane przez teorie (np. teoria strun), które starają się zunifikować teorię grawitacji i mechanikę kwantową.

Jeśli istnieją dodatkowe wymiary, to czarne dziury owijałyby się wokół tych dodatkowych wymiarów, tworząc “czarne struny”. Można je wyobrazić sobie jako gumka nałożona na rurkę. Wyparowując czarna dziura stawałaby się zbyt mała, żeby oplatać ten dodatkowy wymiar i “pękałaby” przy udziale pulsu promieniowania elektromagnetycznego.

Gdyby udało się zaobserwować tego typu impuls promieniowania, można by obliczyć wielkość dodatkowego wymiaru. Miałoby to ogromne znaczenie dla modeli kosmologicznych Wszechświata.

źródło: astrofizyk.blogspot.com

Dziś chciałbym skrótowo opisać jeden z projektów naukowych, w którym Polska weźmie udział, a mianowicie LOFAR (LOw Frequency ARray). LOFAR to wieloelementowy interferometryczny radioteleskop, który będzie mógł prowadzić obserwacje na częstotliwościach od 20 do 240 MHz.

Jest to projekt zapoczątkowany przez holenderski instytut astronomiczny ASTRON, który oprócz teleskopu LOFAR dysponuje również Obserwatorium Radiowym Westerbork i zajmuje się rozwojem optycznych i podczerwonych teleskopów, włączając w to Very Large Telescope ESO i James Webb Space Telescope.

Nowa, rewolucyjna budowa radioteleskopu stworzy naukowcom wyjątkowe możliwości, między innymi:

• o wiele wyższą rozdzielczość i czułość niż inny teleskop na tak niskich częstotliwościach
• niezawodność teleskopu, który nie zawiera żadnych ruchomych części

LOFAR jest tak zwanym teleskopem software’owym, anteny zbierają sygnały, które po przetwarzaniu w postać cyfrową są wysyłane do komputera centralnego, w którym są poddawane kalibracji, filtrowaniu, dodawaniu i analizie. Centralny komputer, którym jest Blue Gene, emuluje konwencjonalną antenę. LOFAR więc, składa się z dużej ilości radioodbiorników, z których każdy można dostroić do danej częstotliwości, a sygnały przez nie odebrane zostają przetworzone w centralnym komputerze, co tworzy “teleskop software’owy” bez żadnych ruchomych części.

Koszt takiego teleskopu jest zdominowany głównie przez ceny części elektronicznych i spełnia prawo Moore’a. Pozwala to budować coraz większe teleskopy z coraz tańszych części.

Początkowo projekt zakładał budowę około 100 stacji w kształcie rozgwiazdy, z czego ok. 50 miało znaleźć się w centrum, a pozostałe na ramionach rozgwiazdy tworząc bazę o długości ok. 100 km (dla europejskich stacji nawet 1000km). Obecnie ze względów finansowych projekt został okrojony o około połowę, lecz zachowa swoją pierwotną strukturę gwiaździstą. Zmniejszono również wielkość holenderskich stacji o połowę. Każda stacja będzie składać się z 96 anten niskiej częstotliwości LBA (20-80 MHz) i 48 wysokiej częstotliwości HBA (115-240 MHz) oraz 48 odbiorników, do których podłączone zostaną anteny. Za pomocą światłowodu o przepustowości co najmniej 3 Gb/s z każdej stacji będą przesyłane dane do centrali LOFAR w Holandii.

Stacje w pozostałych krajach europejskich (m. in. w Polsce, Niemczech, Francji) będą miały dwukrotnie większą liczbę anten i odbiorników. Szacuje się, że potrzebny będzie transfer danych o szybkości terabitów na sekundę, natomiast moc obliczeniowa rzędu tera-FLOPS.

Oprócz Holandii do projektu LOFAR przystąpiły:

• Niemcy - Effelsberg (działająca stacja), Garching, Poczdam, Tautenburg, Jülich
• Wielka Brytania - Chilbolton, Cambridge, Jodrell, Edinburgh
• Szwecja - Onsala
• Francja - Nancay
• Polska - Kraków, Toruń, Zielona Góra
• Austria/Ukraina
• Włochy
• Irlandia

Pierwsze wyniki obserwacji działających stacji LOFAR są już dostępne. LOFAR jest doskonałym przyrządem zaprojektowanym do detekcji i analizy sygnałów pochodzących od obiektów tak odległych, że ich sygnały radiowe zostały wysłane tuż po Wielkim Wybuchu. Oczekuje się odkrycia najwcześniejszych obiektów we Wszechświecie - gwiazd, czarnych dziur - może dowiemy się czym były te obiekty. Umożliwi jednak również między innymi obserwacje burz magnetycznych na Słońcu oraz wiatrów słonecznych.

Źródło: astrofizyk.blogspot.com