Astroclub-lezing 2020-09-25: Mysteries van de Kosmos
Inhoudsopgave:
- Veel boodschappers
- Als een wandeling op het strand
- Maar het is niet altijd een picknick
- De voordelen van Multimessenger Astronomy
Astronomen hebben een kaskrakerjaar gehad.
Naast het opsporen van een kosmische bron van neutrino's, hebben ze ook de samenvoeging ontdekt van twee neutronensterren in de stad, elk meer massief dan de zon.
De ontdekkingen werden aangekondigd als bewijs dat een "nieuw tijdperk van multimessenger-astronomie" was aangebroken.
Maar wat is multimessenger-astronomie?
In ons dagelijks leven interpreteren we de wereld om ons heen op basis van verschillende signalen, zoals geluidsgolven, licht (een soort elektromagnetische golf) en huiddruk. Elk van deze signalen kan door een andere "boodschapper" worden gedragen. Nieuwe boodschappers leiden tot nieuwe inzichten. Dus astronomen hebben gretig een nieuwe reeks boodschappers verwelkomd voor hun wetenschap.
Veel boodschappers
Voor het grootste deel van de geschiedenis van de astronomie bestudeerden wetenschappers voornamelijk signalen die werden uitgezonden door een boodschapper, elektromagnetische straling. Deze golven, die door ruimte en tijd bewegen, worden beschreven door hun golflengten of de hoeveelheid energie in hun deeltjes, de fotonen.
Radiogolven hebben fotonen met de laagste hoeveelheid energie en de langste golflengten, gevolgd door infrarood en optisch licht bij tussenliggende energieën en golflengten. Röntgenstralen en gammastralen hebben de kortste golflengten en de hoogste energie.
Maar wetenschappers bestuderen ook andere boodschappers:
- Kosmische stralen: geladen atoomdeeltjes en kernen die in de buurt van de snelheid van het licht reizen.
- Neutrino's: ongeladen deeltjes die het grootste deel van het universum als transparant zien.
- Gravitatiegolven: rimpels in het weefsel van ruimte en tijd.
En terwijl sommige velden in de astronomie deze boodschappers jarenlang hebben verkend, hebben astronomen recent gebeurtenissen waargenomen van ver voorbij de Melkweg met meer dan één boodschapper tegelijkertijd. In slechts een paar maanden verdubbelde het aantal bronnen waar astronomen de signalen van verschillende boodschappers konden samenvoegen.
Als een wandeling op het strand
Multimessenger-astronomie is een natuurlijke evolutie van de astronomie. Wetenschappers hebben meer gegevens nodig om een compleet beeld te vormen van de objecten die ze bestuderen en de theorieën die ze ontwikkelen te matchen met hun waarnemingen.
Astronomen hebben verschillende golflengten van fotonen gecombineerd om enkele van de mysteries van het universum samen te vatten. De combinatie van radio- en optische gegevens speelde bijvoorbeeld een belangrijke rol bij het bepalen dat de Melkweg in 1951 een spiraalvormig stelsel is.
En astronomie blijft geweldige resultaten over ons universum onthullen met slechts één boodschapper, fotonen. Dus als multimessenger-astronomie slechts een evolutionaire stap is van een ongelooflijke geschiedenis van successen, betekent dat dan dat het gewoon een nieuw buzzword is?
We denken van niet.
Stel je voor dat je langs een oceaanstrand loopt. Je geniet van het zien van een ongelooflijke zonsondergang, het horen van de rollende golven, het voelen van het zand onder je voeten en het ruiken van de zoute lucht. Je gecombineerde zintuigen vormen een meer complete ervaring.
Met multimessenger-astronomie hopen we meer te leren van het universum door meerdere boodschappers te combineren, net zoals we zicht, gehoor, aanraking en geur combineren.
Maar het is niet altijd een picknick
De culturen van astronomen en deeltjesfysici vertegenwoordigen verschillende benaderingen van de wetenschap. In multimessenger-astronomie botsen deze culturen.
Astronomie is een waarnemingsveld en geen experiment. We bestuderen astronomische objecten die in de loop van de tijd veranderen (tijddomeinastronomie), wat betekent dat we vaak maar één kans hebben om een astronomische voorbijgaande gebeurtenis te observeren.
Tot voor kort werkten de meeste astronomen met tijdsdomein in kleine teams, op veel projecten tegelijkertijd. We gebruiken middelen zoals The Astronomer's Telegram of het Gamma-ray Coordination Network om snel resultaten te communiceren, zelfs voordat we wetenschappelijke artikelen indienen.
Omdat de meeste verwachte bronnen van multimessorsignalen voorbijgaande astronomische gebeurtenissen zijn, is het een enorme inspanning om de boodschappers naast fotonen te vangen.
Lees meer: Het observatorium van IceCube detecteert neutrino en ontdekt een blazar als bron
Deeltjesfysici hebben het voortouw genomen bij het opzetten van grote internationale samenwerkingsverbanden om hun moeilijkste problemen aan te pakken, waaronder de Large Hadron Collider, het IceCube Neutrino Observatory en de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Het bijeenbrengen van honderden tot duizenden onderzoekers om te werken aan gemeenschappelijke doelen vereist een uitgebreide identificatie van rollen, strikte communicatierichtlijnen en vele teleconferenties.
De noodzaak om te reageren op snelle veranderingen in een multimessenger-bron en de enorme inspanning om multimessenger-signalen te vangen, betekent dat astronomie en deeltjesfysica met elkaar moeten samensmelten om het beste van beide culturen te ontlokken.
De voordelen van Multimessenger Astronomy
Hoewel multimessenger-astronomie een evolutie is van wat astronomen en deeltjesfysici al tientallen jaren doen, zijn de gecombineerde resultaten intrigerend.
De detectie van zwaartekrachtgolven door samenvoegende neutronensterren bevestigde dat deze botsingen een groot deel van het goud en platina op aarde (en in het hele universum) maakten. Het liet ook zien hoe deze botsingen aanleiding geven tot (althans enkele) korte gammastraaluitbarstingen - de oorsprong van deze explosieve gebeurtenissen was een grote open vraag in de astronomie.
De eerste associatie van een neutrino met een enkele astronomische bron gaf een glimp van hoe het universum zijn meest energetische deeltjes maakt. Multimessenger-astronomie onthult details over enkele van de meest extreme omstandigheden in ons universum.
Het multimessenger-perspectief levert al meer op dan de som van de delen - en we kunnen verwachten dat er in de toekomst meer verrassende ontdekkingen zullen worden gedaan. Eliteteams in heel Canada dragen al bij aan de groei van dit jonge veld en multimerken astronomie belooft een belangrijke rol te spelen in ons volgende decennium van astronomisch onderzoek in Canada - en over de hele wereld.
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation van Gregory Sivakoff en Daryl Haggard. Lees hier het originele artikel.
Nobelprijs Optical Tweezer onthult nieuwe aanwijzingen voor hoe het universum werkt
De optische pincet, een gefocusseerde laserstraal die kleine deeltjes kan vangen, die dit jaar de Nobelprijs voor de natuurkunde won, is een oude uitvinding, maar het onthult nog steeds nieuwe mogelijkheden terwijl het wetenschappers helpt de kwantummechanica te begrijpen, de theorie die de natuur verklaart in termen van subatomair deeltjes.
Vulkanen onthullen aanwijzingen voor hoe de mensheid haar eigen massale uitsterving zal veroorzaken
In een recent onderzoek dat belangrijke vulkanen koppelt aan vroegere uitstervingsgebeurtenissen, onderzochten onderzoekers de gevolgen van stijgende temperaturen op aarde. Deze veranderingen kunnen hypoxie - zuurstofverarming - veroorzaken bij vissen, en verwoestende visvangsten. Door de opwarming van de aarde komt de mensheid op het pad naar deze gevaarlijke zeeomstandigheden.
Een kosmos voor zaden is niet genoeg, we hebben er ook een nodig voor onze kiemen
In een race tegen de effecten van industrialisatie op de menselijke gezondheid, stelt een team van onderzoekers voor om een microbiële kluis te bouwen - een echo van de Ark van Noach - om de diversiteit van de menselijke microbiota te behouden. De zeer diverse microbiomen van afgelegen gemeenschappen kunnen de sleutel zijn tot het bestrijden van ziekten en aandoeningen zoals obesitas, ...