Kosmos.edu.pl

Portal astronomiczny

Świat, Wszechświat i jego zagadki.

Na początek

Kilka informacji, które często wydają się być oczywiste, jednak w momencie, kiedy zastanowimy się - jak? czy rzeczywiście? dlaczego? - sprawa już nie wygląda tak prosto. Dla jednych będzie to przysłowiowa bułka z masłem, dla innych - garść przydatnych wiadomości. Warto jednak wiedzieć na początek o podstawach, tak aby ułatwiły one poznanie rzeczy bardziej złożonych i stanowiły swoisty kręgosłup, który stanie się wrotami do kosmicznej nieskończoności. Zapraszamy...

Na skróty Ziemia Planety Słońce Gwiazdy Mgławice Komety Meteory

Polecane przez portal Kosmos.edu.pl Dzięki tej książce już nigdy nie pomyślicie o pogodzie, jak o nudnej ostateczności, ratującej rwącą się rozmowę! - Czy pogoda może rozpętać wojnę? - Jaki klimat panuje na innych planetach? - Ile piorunów uderza o Ziemię w każdej sekundzie? - Dlaczego huragany mają nazwy? - Czym są bomby pogodowe? Na te i wiele innych, dotyczących otaczającego nas świata, pytań odpowiadają meteorolodzy, Simon King i Claire Nasir. W urzekający i przystępny sposób wyjaśniają nie tylko zależności między nasłonecznieniem, wiatrem, chmurami i opadami, ale i opisują tak fascynujące zjawiska, jak strefa Charlie Bravo, cyklony czy zorze polarne. Przypominając, że meteorologia to fascynująca dyscyplina naukowa, podkreślają znaczenie klimatu w dziejach naszej planety i zastanawiają się nad jego – i naszą – niepewną przyszłością. Zobacz »

Serwis Kosmos.edu.pl patronem medialnym II edycji konkursu ASTROLABIUM Organizatorem konkursu astronomicznego jest Fundacja dla Uniwersytetu Jagiellońskiego a patronat nad akcją sprawuje Obserwatorium Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika będące instytutem Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie. Zobacz szczegóły »

2009 Międzynarodowym Rokiem Astronomii Z inicjatywy Międzynarodowej Unii Astronomicznej (IAU) oraz UNESCO, rok 2009 został ogłoszony Międzynarodowym Rokiem Astronomii. Ten ogromny globalny program ma na celu przybliżyć ludzkości osiągnięcia międzynarodowych placówek i zacieśnić współpracę między nimi. Oficjalna strona www.astronomy2009.org

Kosmos > Informacje > Artykuły > Nowy model analityczny pomiaru ciśnienia ...

Nowy model analityczny pomiaru ciśnienia
turbulencji w gromadach galaktyk


Oznaczenia mas gromad galaktyk na podstawie obserwacji gorącego gazu w ich klastrach często zaniedbują inne nietermiczne ale ważne procesy. Wprowadza to błąd w szacunkach systematycznych. Grupa naukowców z MPA (Max-Planck-Institut für Astrophysik) stworzyła więc analityczny, jednowymiarowy model wkładu nietermicznego ciśnienia, który łączy rozwój gromad galaktyk w kosmologicznym kontekście oraz fizyki turbulencji. Jeśli dalsze badania zarówno obserwacje jak i symulacje potwierdzają wstępne pozytywne wyniki, to nowy model może poprawić określanie mas klastrów w gromadach galaktyk a tym samym stworzyć bardziej dokładne narzędzia kosmologiczne.

Ekspansja dzisiejszego Wszechświata przyspiesza, a pochodzenie tego przyspieszenia nie jest znane. Wskazuje to na obecność "ciemnej energii" - tajemniczego składnika energii we Wszechświecie z negatywnym ciśnieniem lub też upadek ogólnej teorii względności Einsteina - jak działa grawitacja na ciężar w kosmicznych warunkach. W celu rozróżnienia tych dwóch zagadnień musimy zmierzyć jak struktury we Wszechświecie ewoluowały w czasie.

Oto gromada galaktyk Abell 1689, jedna z największych i najbardziej masywnych znanych nam gromad galaktyk. Większość masy znajduje się w postaci ciemnej materii, więc astronomowie muszą stosować metody pośrednie takie jak soczewkowanie grawitacyjne czy obserwacje rentgenowskie gorącego gazu klastrów aby określić masę gromady galaktyk. Foto: © X-ray: NASA/CXC/MIT/E.-H Peng et al; Optical: NASA/STScI

Gromady galaktyk (widoczne na grafice powyżej) przybierają na masie poprzez materiał przechwytywany z otoczenia w trakcie ich kosmicznej historii. Są to największe znane związane grawitacyjnie obiekty we Wszechświecie, i dlatego są doskonałymi obiektami do analizy wzrostu struktur wielkoskalowych - a więc również do obserwacji pochodzenia rozszerzania się kosmosu. Jeśli chcemy korzystać z gromad galaktyk jako miernika ekspansji wszechświata, musimy dokładnie określić ich masy. Mimo, że olbrzymy te są zdominowane przez niewidzialną "ciemną materię", możemy wywnioskować ich całkowitą masę z obserwacji klastrów gazu przy założeniu równowagi hydrostatycznej pomiędzy grawitacją i ciśnieniem gazu, lub dokładniej gradientu ciśnienia gazu. 

Sfery w przestrzeni Tajemnice i sekrety starożytnej astronomii

Obserwacje klastrów gazu mierzą zwykle jedynie ciśnienie cieplne gazu. Natomiast ciśnienie niecieplnie, zwłaszcza to związane z ruchem turbulentnym gazu jest potrzebne w celu zapewnienia dodatkowej gradacji ciśnienia, a zatem musi być ono również brane pod uwagę. Zaniedbanie tego elementu spowoduje odchylenie w wynikach masy rzeczywistej klastra i w konsekwencji będzie to mieć wpływ na analizę rozszerzania się kosmosu.

Dotychczas amplituda ciśnienia turbulencji była szacowana głównie dla dużych hydrodynamicznych symulacji numerycznych. Symulacje te uzyskiwały ilościowo różne wyniki przy użyciu różnych metod numerycznych. Co więcej, są one kosztowne obliczeniowo i nie prowadzą do bezpośredniego fizycznego zrozumienia, co dzieje się w gromadach galaktyk.

Dlatego naukowcy z Max-Planck-Institut für Astrophysik zastosowali inne podejście do omawianego problemu przez fizyczny wgląd na sposób w jaki powstają i rozpraszają się turbulencje w klastrach gazu. Z tego punktu stworzyli jednowymiarowy model analityczny nietermicznego ciśnienia, który opisuje dyspersję prędkości z powodu zawirowań na każdym galaktycznym promieniu podczas wzrostu masy w gromadzie galaktyk ( Rys.2 ).

Równanie analityczne nowej metody: opisuje ewolucję zawirowań w gromadach galaktyk. Foto: © www.mpa-garching.mpg.de

Nowy model analityczny przewiduje, że część ciśnienia nietermicznego gazu zwiększa się w skrajnych częściach klastra, gdzie dłuższe okresy turbulencji rozpraszają go na większą odległość od jego centrum. Innym czynnikiem jest fakt, że materia nietermiczna jest większa w grupach o wyższych masach i klastrach obserwowanych w przesunięciu ku czerwieni (we wcześniejszych okresach życia kosmosu), ponieważ rośnie szybciej, co powoduje większą ilość turbulencji.

Dzięki istniejącemu modelowi pomiaru ciśnienia całkowitego, nowy model daje również możliwość obliczeń ciśnienia termicznego, oraz oszacowania masy pochodzącej z ukośnego modelu gradientu ciśnienia cieplnego. Jeśli porównać nasze wyniki pochodzące z obserwacji gromad galaktyk, przewidywany profil ciśnienia termicznego jest zgodny z naszymi danymi widocznymi na rys. 3.

Przewidywany całkowity (kreska-kropka) i termiczny (ciśnienie stałe) profil obliczony za pośrednictwem nowego modelu. Obliczenia przeprowadzono dla grupy klastrów w średnim przesunięciu ku czerwieni = 0,1 i o średniej masie 300 bilionów mas Słońca. Gruba linia przerywana przedstawia profil pochodzący z obserwacji promieniami rentgenowskimi. Foto: © www.mpa-garching.mpg.de

Można śmiało powiedzieć, że model ten zdał ważny egzamin obserwacyjny i dodatkowo przyczynił się do ustalenia właściwych jakościowo danych symulacyjnych. Bardziej szczegółowe badania na temat wpływu przewidywanej masy zostaną przeprowadzone zarówno podczas obserwacji jak i symulacji numerycznych. Jeśli wszystkie testy wypadną pomyślnie, wyniki osiągnięte dzięki nowemu modelowi będą prowadzić do lepszego określenia mas klastrów. Będziemy wówczas mogli użyć gromadę galaktyk jako konkurencyjnego miernika pochodzenia przyspieszenia rozszerzania się kosmosu.



Galaktyki, mgławice, kratery na Księżycu, pierścienie Saturna, plamy Jowisza - wszystko przed Tobą. Spójrz jaki teleskop będzie dla Ciebie najodpowiedniejszy. Porównaj ceny. Zapoznaj się z literaturą tą dla początkujących i tą bardziej fachową. Zapraszamy !