Pluto "Cuceritorul"

de drd. Florentina Pîslan

17.01.2025

Credit image: NASA, APL, SwRI

Un studiu recent publicat în Nature Geoscience introduce o nouă teorie despre modul în care Pluto și cea mai mare lună a sa, Charon, au devenit un sistem binar. Astfel, scenariul inițial conform căruia Charon s-a format în urma unei ciocniri de o anvergură mai mare, similar modului de formare al Lunii noastre, ar putea fi înlocuit cu o nouă perspectivă, mai gentilă și mai complexă, pe care oamenii de știință au numit-o “kiss and capture”, adică “sărut și capturare”. Această viziune proaspătă oferă noi înțelesuri față de dinamica formării planetare în Centura Kuiper.

Timp de mai multe decenii, oamenii de știință au fost de părere că Pluto și Charon au luat naștere în urma unui impact puternic, în care o “primă versiune” a lui Charon s-a ciocnit de Pluto; aceasta ar fi dus la ejectarea de material ce mai târziu a devenit parte din Charon. Și totuși, această ipoteză se confruntă cu câteva provocări în special din cauză că Pluto și Charon sunt obiecte înghețate, astfel că o ciocnire produsă la viteză înaltă cel mai probabil le-ar fi distrus pe amândouă sau ar fi produs o îmbinare a miezurilor acestora, lucru care nu corespunde cu observațiile actuale.

Pentru a investiga un scenariu mai posibil, cercetătorii de la Universitatea Arizona au realizat o serie de simulări prin care au luat în calcul duritatea gheții și a rocii - aspect ce fusese neglijat în modelările anterioare. Această analiză a indicat faptul cele două corpuri probabil nu s-au izbit unul de altul, ci s-au unificat într-o formă ca de “om de zăpadă”. Pentru o scurtă perioadă de timp, cele două s-ar fi rotit ca o unică entitate înainte să se separe lin ca urmare a forțelor mareice, devenind într-un final sistemul binar stabil pe care îl putem observa astăzi. Acest model de “kiss and capture” nu doar că ar explica cum de Pluto și Charon au rămas aproape intacte după interacția dintre ele, dar prezintă și implicații importante pentru structura internă a lui Pluto. Pe măsură ce Pluto și Charon se depărtau, cel mai probabil a fost cedată și energie termică de pe urma proceselor mareice, ceea ce ar fi păstrat un întreg ocean subteran de la îngheț; ar exista așadar posibilitatea ca Pluto încă să aibă apă lichidă sub suprafața sa înghețată! Dacă această teorie se adeverește, ar putea reprezenta un indiciu important în procesul de căutare al mediilor locuibile.

Dar posibilele implicații nu se termină aici! Acest studiu ar putea indica și modul prin care s-ar fi putut forma și alte sisteme binare din Centura Kuiper. Multe corpuri înghețate din regiunea mai îndepărtată există sub formă de perechi, iar procesul “kiss and capture” ar putea facilita explicarea originilor acestora.

Această nouă viziune despre trecutul lui Pluto și Charon este complexă și surprinzătoare, putând să ilustreze evoluția frontierei înghețate a Sistemului Solar. Astfel, povestea acestor corpuri înghețate care au dat forma lumii pe care o cunoaștem astăzi, ar putea mai degrabă să aibă la bază o îmbrățișare cosmică, decât o ciocnire distructivă.

Internet cuantic?

de drd. Maria Ișfan

08.01.2025

Internetul cuantic este cu un pas mai aproape de a deveni realitate! Într-un articol publicat spre finalul lunii decembrie în jurnalul Optica, un grup de cercetători din SUA raportează prima realizare a teleportării unui foton printr-un cablu de fibră optică aflat în funcțiune; adică, concomitent cu transmiterea datelor clasice, oamenii de știință au reușit să transmită și date cuantice!

Teleportarea cuantică este un proces ce poate fi demonstrat în laborator și care stă la baza funcționării rețelelor de comunicații cuantice, mult mai sigure decât cele clasice. Constă în transferul stării unei particule cuantice (în cazul nostru, un foton) la o altă particulă cuantică. Această stare reprezintă informația cuantică, sau date. Primul foton este deținătorul informației cuantice ce se dorește a fi teleportată. Al doilea, receptorul, se află la peste 30 km distanță. Cei doi fotoni sunt conectați printr-un cablu de telecomunicații din fibră optică prin care se transmit date clasice în banda de frecvență 3,7 GHz - 4,2 GHz, cu viteza de 400 Gb pe secundă. Teleportarea stării primului foton către al doilea s-a realizat simultan cu transmiterea datelor clasice. Putem spune că un foton s-a teleportat dintr-un capăt al fibrei optice aflate în funcțiune în celălalt capăt, fără să piardă datele pe care le poartă.

Succesul acestei teleportări demonstrează fezabilitatea telecomunicațiilor cuantice și deschide noi perspective pentru realizarea acestora în practică: de la teleportarea mai multor fotoni prin fibre optice prin care se transmit date de o mie de ori mai rapid, până la internetul cuantic.

SURSA: Quantum teleportation coexisting with classical communications in optical fiber

quantuminternetalliance.org

Un semnal cosmic neobișnuit.

de dr. Laurențiu Caramete

23.12.2024

În ultimii ani, observatoare precum Zwicky Transient Facility (ZTF) au început să scaneze cerul în mod continuu. Acest lucru le permite astronomilor să colecteze „curbe de lumină” — înregistrări ale modului în care strălucirea unui obiect se schimbă în timp — pentru mii de obiecte cosmice, aproape zilnic.

Printre obiectele studiate se numără AT 2021hdr, care la început părea destul de obișnuit. Strălucirea sa în banda optică semăna cu cea a unei galaxii clasice de tip Seyfert 1 — un nucleu galactic activ (AGN) bine cunoscut pentru regiunea sa centrală luminoasă alimentată de o gaură neagră supermasivă. Observațiile la lungimi de undă vizibile (optice) și în benzile de raze X de energie mai mare păreau să confirme această clasificare obișnuită.

Cu toate acestea, la sfârșitul anului 2021, astronomii au observat că AT 2021hdr a început să prezinte episoade bruște de creștere a strălucirii — vârfuri care apăreau și dispăreau într-un model previzibil. În locul unei singure explozii, aceste scurte impulsuri se repetau la fiecare 60–90 de zile, producând de fiecare dată o creștere de aproximativ 0,2 magnitudini în benzile optice g și r. Oscilații similare au fost observate și în datele ultraviolete și în razele X colectate de observatorul Swift al NASA.

Au fost propuse mai multe explicații — evenimente standard de perturbare tidală (TDE-uri), sisteme de găuri negre supermasive binare (BSMBH) și „AGN-uri cu schimbare de aspect” — însă niciuna nu reușește să explice în mod convingător detaliile observate în cazul AT 2021hdr. De exemplu, un TDE tipic are loc atunci când o stea se apropie prea mult de o singură gaură neagră supermasivă și este dezmembrată, generând o explozie luminoasă care se estompează în timp. În contrast, AT 2021hdr prezintă explozii repetate, nu un singur episod de creștere a luminozității urmat de diminuare.

De asemenea, nu se potrivește cu semnăturile găurilor negre supermasive binare observate anterior sau cu fenomenul bine documentat al „AGN-urilor cu schimbare de aspect”, în care nucleul unei galaxii trece brusc de la o stare spectrală la alta. Observațiile radio realizate cu Very Long Baseline Array (VLBA) nu au detectat un semnal la scara de milisecunde de arc, ceea ce contrazice scenariile legate de jeturi. De asemenea, modelul erupțiilor și amplitudinea acestora par a fi inconsistente cu instabilitățile tipice ale discului sau ale jeturilor.

Într-un nou studiu, cercetătorii propun că un sistem de găuri negre supermasive binare — două găuri negre care orbitează una în jurul celeilalte în inima aceleiași galaxii — ar putea distruge un nor de gaz, în loc de o singură stea. Dansul gravitațional al găurilor negre în această configurație ar putea duce la episoade repetate de creștere a luminozității, pe măsură ce gazul deplasat interacționează cu sistemul.

Pe baza exploziilor observate, studiul estimează că distanța dintre cele două găuri negre este de aproximativ 0,83 miliparseci (mpc). La scara timpului cosmic, acest cuplu s-ar contopi într-o perioadă relativ scurtă de aproximativ 70.000 de ani, deși pentru oameni acest interval rămâne extraordinar de lung.

Ca și cum acest scenariu nu ar fi fost deja suficient de complex, galaxia care găzduiește AT 2021hdr se află la doar 9 kiloparseci de o galaxie însoțitoare — o distanță care sugerează că cele două galaxii s-ar putea contopi, de asemenea. Acest sistem format din două galaxii a fost raportat recent, însă autorii subliniază că galaxia însoțitoare este puțin probabil să fie responsabilă pentru comportamentul eruptiv al AT 2021hdr.

Dacă se confirmă, distrugerea tidală a unui nor de gaz de către o gaură neagră binară ar oferi o oportunitate rară de a studia etapele finale ale contopirii găurilor negre.

Cât de mari pot deveni găurile negre?

de dr. Răzvan Balașov

14.12.2024

Un studiu observațional nou sugerează cât de mari (din punct de vedere al masei) pot crește găurile negre. Acesta este ultimul dintre mai multe încercări din trecut (ref 1, ref 2, ref 3).

Paradigma actuală este că o categorie a acestor obiecte cosmice (masive și supermasive) se află în centrele galaxiilor. Observațiile și estimările le plasează pe cele cu masele cele mai mari la valori de zeci sau chiar o sută de miliarde de mase solare. Prin urmare, a fost introdus un nou cuvânt cheie: ultramasive (simplificat ca UMBH - ultramassive black hole, sau UBH), pentru găurile negre masive care depășesc 10 miliarde de mase solare - deși valoarea este încă disputată. Ca referință, găurile negre masive (MBH) încep undeva la zeci de mii a maselor solare și a celor supermasive (SMBH) la sute de mii.

O metodă populară de a determina masa unei găuri negre este de a o corela cu masa stelară a galaxiei gazdă (relații de scalare). Aceste legături sugerează, de asemenea, că există o conexiune strânsă între formarea stelelor și creșterea găurii negre centrale. Astfel, cu cât masa stelară a unei galaxii este mai mare, cu atât „mai mare” poate deveni gaura neagră.

O echipă condusă de Priyamvada Natarajan de la Departamentul de Astronomie de la Universitatea Yale sugerează că ar trebui să existe o limită pentru această creștere și acea limită este impusă chiar de gaura neagră. Având în vedere că găurile negre nu pot acumula întregul material disponibil care le înconjoară și pe care acest material îl are pentru a fi relativ aproape de obiect, câteva dificultăți legate de creștere apar în discuție.

În primul rând, găurile negre masive generează jeturi astrofizice de particule din gaz, praf și stele care rămân neacretate. Această acțiune opreste formarea de stele în jurul găurii negre centrale (gazul și praful trebuie să se adune împreună pentru a forma stele și asta se poate întâmpla doar dacă se răceste).

În al doilea rând, această generație de jeturi de particule împinge și gazul disponibil care se afla în apropierea găurii negre (regiunea centrală a galaxiei). Și, odată ce acest material din regiunea centrală este consumat, creșterea găurilor negre se opreste.

Luând în considerare acești factori, Natarajan plasează limita superioară de masă în jurul a 100 de miliarde de mase solare. Momentan, această afirmație este susținută de cea mai recentă descoperire a lor, Phoenix A, care se află aproximativ la acea limită. Puteți consulta următoarea figură pentru mai multe detalii despre masele observate și prezise în funcție de diferitele eficiențe (epsilon) cu care acumulează gaura neagră material:

Cercetarea echipei este publicată pe site-ul de preprinturi științifice arXiv.

Oglindă, oglinjoară, cine este cel mai frumos foton din ... Univers?

de dr. Ana Caramete

09.12.2024

Într-un articol publicat la mijlocul lunii noiembrie în revista Physical Review Letters doi cercetători de la Școală de Fizică și Astronomie a Universității din Birmingham au descris o nouă modalitate de a descrie proprietățile unui foton într-un anumit mediu, simplificând matematica ce stă la baza teoriei.

Datorită faptului că proprietățile fotonilor sunt puternic dependente de mediul în care se află, matematica ce le descrie este extrem de complicată și presupune rezolvarea unui număr enorm de mare de ecuații pentru a afla un răspuns.

Cei doi autori au găsit o modalitate de a simplifica aceste calcule și formalismul dezvoltat de ei a făcut posibilă modelarea proprietăților unui foton emis de pe suprafața unei nanoparticule (o particulă cu dimensiuni de 1,000,000,000 de ori mai mici decât 1 metru), descrierea interacțiilor cu sursa emițătoare și modul în care fotonul s-a propagat, îndepărtându-se de sursă.

În final, a putut fi posibilă generarea în premieră a imaginii unui foton, care s-a dovedit a fi o particulă de forma unei lămâi.

Autorii au precizat însă că această formă este valabilă doar pentru un foton generat în aceste condiții și ea se schimbă complet într-un alt mediu, din cauza naturii sale duale, de particulă dar și undă. Astfel, unda se întinde sau se micșorează, se indoaie, încetinește, cu alte cuvinte are o formă diferită în funcție de mediul prin care se propagă, asemeni unui dansator care își adaptează mișcările și forma corpului la scena și muzica pe care dansează.

Si, vorba aceea, “când viața îți dă (fotoni)-lămâi…” 😊. Formalismul dezvoltat de echipa de cercetători de la Birmingham deschide un nou univers de posibilități în ceea ce privește exploatarea fotonilor: modalități noi de captare a luminii și dezvoltarea de dispozitive fotovoltaice inovative, o mai bună înțelegere a fotosintezei și producerea fotosintezei artificiale, comunicare cuantică și multe alte aplicații încă ne-gândite.