snap چیست؟


snap چیست؟

نوشتهاز سوی elahe79 در شنبه 23 اسفند 1393 - 20:06

snap چیست؟
Supernova Acceleration Probe



چطور SNAP در مورد انرژی تاریک اطلاع می یابد؟

ابرنواختر

تصویر قبل (راست) و بعد (چپ) از ابرنواختر 1987A

بیشتر مردم وقتی به کلمه ابرنواختر فکر می کنند، انفجار یک ستاره عظیم را در ذهن می آورند. اما دو نوع ابرنواختر وجود دارد! یکی از آنها انفجار یک ستاره عظیم در زمانی است که سوختش به پایان می رسد، اما نوع دیگری وجود دارد که شامل یک ستاره خیلی شبیه به خورشید می شود (ناراحت نباشید، چراکه خورشید منفجر نخواهد شد). همانطور که یک ستاره شبیه خورشید سوخت هیدروژن خود را به پایان می رساند، دو اتفاق رخ می دهد. لایه های خارجی ستاره انبساط می یابد و هزاران (یا میلیون ها) سال سپری می شود. این پدیده را به شکل یک اَبَر باد خورشیدی تصور کنید که نهایتا همه قسمت های خارجی یک ستاره را به فضا پرتاب می کند.

در همین حین، در اعماق ستاره، هسته ستاره با چگال و چگال تر شدن، متراکم می شود. فشار فوق العاده زیاد، آن را تا اندازه یک توپ چند هزار کیلومتری (تقریبا به اندازه زمین) می فشرد. در یک ستاره معمولی، حرارت ایجاد شده در هسته سبب مقاومت در برابر گرانش خود ستاره می شود. در هسته متراکم شده، این برابری به سبب اثر مکانیک کوانتومی خارق العاده­ای است که تبهگنی نامیده می شود. الکترون ها به شدت در مقابل کنار یکدیگر قرار گرفتن مقاومت می کنند، و به شدت یکدیگر را دفع می کنند. این پس زنی (متمایز از دافعه الکتریکی بین ذرات باردار و خیلی قویتر)، همان است که هسته ستاره را از فروپاشی بیشتر حفظ می کند. از آنجاکه لایه های خارجی ستاره، در جریان باد ستاره­ای برداشته شده اند، هسته در فضا بدون حفاظ و قابل مشاهده می شود. هسته خیلی داغ و سفید درخشان، اما کوچک و چگال است. ما آن را کوتوله سفید می نامیم.

ابرنواختر نوع Ia

برای خورشید، داستان در اینجا به پایان می رسد. در چند میلیارد سال، خورشید پس از کنار رفتن لایه های خارجی تبدیل به یک کوتوله سفید می شود.

اما اگر ستاره اولیه در حال چرخش به دور یک ستاره نزدیک به خود باشد، اتفاق ها می تواند متفاوت باشد. این حالت یک سیستم دوتایی نامیده می شود. سرانجام، هیدروژن ستاره همراه، به پایان می رسد، و لایه های خارجی آن کنار می روند. همانطورکه این لایه ها کنار می روند، مقداری از مواد ستاره می تواند به سمت کوتوله سفید کشیده شود و ایجاد یک لایه نازک بر روی سطح آن کند. اگر جریان واقعا ضعیف باشد، حرارت فوق العاده کوتوله می تواند مانع این اتفاق شود (=تشکیل لایه نازک)، اما اگر جریان شدید باشد، ماده سریع روی کوتوله تجمع پیدا می کند، با گرانش فوق العاده کوتوله سفید متراکم می شود و متحمل همجوشی هسته ای قابل انفجار می شود. بوم!! ستاره یک انفجار تقریبا بزرگ را بر روی سطحش تجربه می کند، اما زنده می ماند. سرانجام ماده دوباره جمع می شود، و این جریان تکرار می شود. این یک نواختر بازرخدادگر نامیده می شود.

تصویر شبیه سازی شده یک دو تایی با کوتوله سفید پیش از انفجار

اما اگر ماده با سرعت مناسب از ستاره معمولی خارج شود، لایه نازک می تواند روی یک کوتوله سفید شکل بگیرد و انفجاری اتفاق نیافتد. مواد روی ستاره توزیع می شود. اما همچنان بیشتر و بیشتر کپه می شود. تا اینکه منفجر شود. اما این بار، انفجار متفاوت است. و اگر شرایط کاملا مهیا باشد، فاجعه رخ خواهد داد. در حین کپه شدن مواد، ستاره به یک نقطه بحرانی می رسد. وقتی جرم کوتوله سفید در حدود 1.44 برابر جرم خورشید باشد، متحمل یک حادثه همجوشی پرجرم می شود. شبیه یک بمب هسته ای، همه ستاره منفجر می شود (کل ستاره به صورت ناگهانی و با هم). ستاره با آزاد کردن انرژی خیلی زیادی می ترکد بطوریکه از آنسوی عالم بصورت واضح قابل مشاهده است.

این یک ابرنواختر است. به لحاظ فنی این ابرنواختر، یک ابرنواختر نوع Ia نامیده می شود (یک انفجار ستاره پرجرم نوع II است). انرژی انفجار مشاهده شده در نور مرئی تقریبا 1044 ژول است، یعنی به اندازه انرژیی که خورشید در کل زمان زندگی خود منتشر کرده است (البته همه آن را در طول چند ثانیه).

شمع های استاندارد در تاریکی

یکی از جنبه های بسیار جالب توجه این نوع ابرنواخترها این است که کوتوله سفید نیاز به داشتن جرم خیلی خاصی -1.44 جرم خورشیدی- برای منفجر شدن دارد. این بدان معنی است که انرژی انفجار ابرنواخترهای Ia تقریبا برابر است، بدون توجه به جائیکه ما آن را می بینیم. این مسئله ابرنواخترها را بطور غیر قابل باوری برای منجمین مفید می کند. چرا؟ زیرا اگر شما بدانید که یک جسم چقدر روشنایی باید داشته باشد، و مقدار روشنایی آن را که به نظر می رسد اندازه گیری نمائید، آنگاه می توانید فاصله آن جسم را تعیین کنید. کاملا شبیه یک اتومبیل در فاصله دور که چراغهای جلوی آن خیلی کم نور به نظر می رسد، اما در فاصله نزدیک نور آن کورکننده می نماید، یک ابرنواختر نوع Ia با فاصله یافتن، کم فروغ تر می شود.

شمع های استاندارد اشیایی هستند که روشنایی کاملا یکسانی دارند و فاصله آنها

با اندازه گیری روشنایی ظاهری آنها تعیین می شود.

در سال 1998، دو گروه از منجمین اندازه گیری های روشنایی ظاهری تعداد زیادی ابرنواختر نوع Ia را با روش روشنایی "شمع استاندارد" برای تعیین فاصله دقیق ابرنواخترها مقایسه کردند. سپس آنها این فواصل بدست آمده را با یک دسته اندازه گیری متفاوت به دست آمده از "انتقال به سرخ" کهکشان هایی که ابرنواخترها در آنها ظاهر شده اند، مقایسه کردند. هرچند که تفسیر انتقال به سرخ کهکشانی به عنوان نمایان گر فاصله، در گرو مدل به کار رفته برای توصیف تاریخ انبساط عالم است. دانشمندان از پی بردن به این مسئله که دو دسته اندازه گیری های مذکور توافق ندارند! شکه شدند. آنها یک لیست شامل تمام جزئیات را برای اطمینان پیدا کردن از اینکه نتایج آنها تحت تاثیر عوامل دیگری مانند گرد و غبار اطراف ابرنواختر، یا تفاوت در شیمی ستارگان دوردست نبوده است مرور کردند. اما همه آنها بررسی شدند، و منجمین با یک نتیجه غیر قابل باور مواجه شدند: ابرنواخترها در عمل دورتر از آنچه فواصل بدست آمده از انتقال به سرخ نشان می دادند به نظر می رسند.

در سال 1998، دو گروه از منجمین این حقیقت را برای مقایسه روشنایی ظاهری تعداد زیادی ابرنواختر نوع Ia که خیلی دور از ما بودند –میلیاردها سال نوری- به کار گرفتند. آنها این مقایسه را انجام دادند تا بفهمند که منتظر چه چیزی از فواصل بدست آمده از انتقال به سرخ باید بود و از کشف اینکه همه ابرنواخترها ضعیف تر از آنچه انتظار می رود به نظر می رسند غافل گیر شدند. آنها یک لیست شامل تمام جزئیات را برای اطمینان پیدا کردن از اینکه نتایج آنها تحت تاثیر عوامل دیگری مانند گرد و غبار اطراف ابرنواختر، یا تفاوت در شیمی ستارگان دوردست نبوده است مرور کردند. اما همه آنها بررسی شدند، و آنها با یک نتیجه غیر قابل باور مواجه شدند: ابرنواخترها در عمل دورتر از آنچه فواصل بدست آمده از انتقال به سرخ نشان می دادند به نظر می رسند.

اگر ابرنواخترها دورتر از آنچه انتظار می روند هستند، پس انبساط عالم باید شتابدار باشد! بیشتر منجمین فرض کردند که این شتاب باید کند شونده باشد زیرا گرانش همه اجرام مرکب در عالم سبب نوعی ترمز کیهانی می شود. در عوض، خلاف آن اتفاق می افتد. این مسئله شاید بزگترین شوک علمی پایان قرن بیستم بوده است.

تصویر قبل (چپ) و بعد (راست) از انفجار ابرنواختر در یک کهکشان دوردست

با استفاده از ابزارهای موجود (از قبیل تلسکوپ های غول پیکر زمینی و تلسکوپ فضایی هابل) منجمین می توانند ابرنواخترهای نوع Ia تا فاصله ای حدود 7 میلیارد سال نوری –انتقال به سرخی به اندازه 1- را ببینند. از آنجا که شما نمی دانید کی و کجا یک ابرنواختر منفجر می شود، این کار بسیار سخت است. اما برای مشاهده واقعی شتاب کیهانی، و اندازه گیری آن، منجمین نیاز به دیدن دورتر از این فاصله را دارند.

این جایی است که SNAP وارد می شود. با محل دید عالی از عمق فضا، اپتیک ممتاز، و میدان گسترده آشکارساز، می تواند ابرنواخترها را در انتقال به سرخ 1.7، تقریبا در فاصله 10 میلیارد سال نوری آشکار کند. این فاصله به اندازه کافی دور است که نشانه های شتاب انبساط بتواند به راحتی آشکار شود. میدان گسترده به منجمین این اجازه را می دهد که تعداد زیادی از کهکشان های دوردست را برای آژیر یک ستاره در حال انفجار، برای تشخیص بین دو نوع ابرنواختر، و برای بدست آوردن اطلاعاتی عالی در مورد انتقال به سرخ پدیده ها، تماشا کنند. رویهم رفته، این مزایا SNAP را تبدیل ابزاری کامل برای اندازه گیری این ابر انفجارها در فواصل کیهانی می کند.

لنزینگ ضعیف

یکی از بزگترین خدمات آلبرت آینشتاین به علم این ایده بود که فضا-زمان در یک حالت ایستا که در آن اجسام حرکت می کنند نیست، بلکه یک بازیگر اانعطاف پذیر است. آینشتاین معتقد بود که نیروی گرانش به علت برهمکنش اجسام و فضا-زمان است. فضا-زمان در جایی که ماده وجود دارد خمیده، تاب دار، و واپیچیده است. هرچه ماده بیشتری در یک ناحیه از فضا موجود باشد، واپیچیدگی بیشتر می شود. اجسام در طول مسیرهای منحنی در میان این فضا-زمان خمیده حرکت می کنند.

در این تصویر از تلسکوپ هابل، یک خوشه کهکشانی

تصویر کهکشان های خیلی دور را شدیدا

واپیچیده کرده است

شما می توانید این پدیده را به این صورت که ماده به فضا-زمان می گوید که چگونه خم شود، و فضا-زمان به ماده می گوید که چطور حرکت کند در نظر بیاورید.

یک صفحه مربعی بزرگ لاستیکی را تصور کنید که از گوشه هایش توسط چهار نفر نگه داشته شده است. این صفحه صاف و مسطح خواهد بود، اما اگر شما یک جسم سنگین را در وسط آن قرار دهید، یک گودی در وسط آن ایجاد خواهد کرد. اگر یک گلوله را روی صفحه قِل دهید، مسیرش در اطراف جسم سنگین خمیده می شود. این مثال خیلی شبیه حالتی که ماده فضا را واپیچیده می کند، و چگونگی رفتار اجسام تحت تاثیر آن است –به جز اینکه فضا شبیه یک صفحه نیست، بلکه سه بعد دارد. سه بعدی بودن فضا کمی تصور این تاثیرات را سخت می کند، ولی صفحه یک تمثیل مناسب است.

اما از آنجاکه فضا توسط ماده خمیده شده است، آینشتاین معتقد بود که مسیر نوری که از میان ناحیه خمیده فضا عبور می کند نیز تغییر می کند. یک جرم تقریبا عظیم برای ایجاد تغییر در مسیر یک باریکه نور نیاز است، اما طبیعت شرایط را برای ما با کهکشان هایی به اندازه کافی پرجرم برای بدست آوردن نتایج مطلوب فراهم کرده است.

از میان یک لنز، ضعیف

یک کهکشان خیلی دوردست به همراه یک کهکشان دیگر (یا یک خوشه از کهکشان ها) در بین ما و آن کهکشان، در نظر بگیرید. نور از کهکشان خیلی دور در اطراف جسم میانی با واپیچیده شدن خمیده خواهد شد، فکر می کنید ما چگونه شکل آن را خواهیم دید. کهکشان میانی شبیه یک لنز عمل خواهد کرد، و در حقیقت یک "لنز گرانشی" نامیده می شود. مثال های اینچنینی زیادی در تصاویر نجومی یافته می شود. در برخی موارد لنزینگ خیلی قوی است، و شما می توانید قوس ها و تصاویر چندگانه اجسام را ببینید. در موارد دیگر لنزینگ ضعیف تر است، و شکل اجسام دور تنها کمی واپیچیده می شود. در بیشتر موارد کهکشانی که عامل لنزینگ است نامعلوم است، اما ما می توانیم به وجود آن را از این واپیچش ها نتیجه بگیریم.



...حالا، اگر کهکشان هایی بین ما باشد، این تصویر این تصویر نشان می دهد که چگونه این شبکه ها توسط گرانش این کهکشان ها واپیچیده می شوند. این

لنزینگ است.


این شبکه های رنگی را به عنوان کهکشان های دوردست در نظر بگیرید، که هیچ

ماده بین آن و ما وجود ندارد...





این لنزهای ضعیف نقشی بزرگ در کیهانشناسی ایفا می کنند. با نقشه برداری واپیچیدگی اجسام دور، می توانیم یک نقشه از پراکندگی ماده در جهان که لنزینگ را ایجاد کرده است تهیه کنیم. مقدار و شکل واپیچیدگی اطلاعات مفیدی به منجمین در مورد خواص ماده که شامل فاصه آنها نیز می شود می دهد.

چرا این مسئله اهمیت دارد؟ ابرنواخترهای دوردست به SNAP اجازه می دهند تا تاریخ انبساط عالم را بررسی کند، اما به ما نمی گوید که آیا انبساط شتابدار معلول انرژی تاریک است یا یکی از خواص گرانش که ما هنوز آن را درک نکرده ایم. هرچند لنزینگ ضعیف، خیلی نسبت به هر دو عامل توزیع ماده و جزئیات گرانش حساس است. واپیچیدگی ناشی از اثر این لنزینگ ضعیف نقشه ای از ماده در عالم، نه فقط از میان عالم، بلکه همچنین نقشه ای از فواصل، به دست می دهد و با این فواصل نگاه از میان عالم مانند نگاه به گذشته است. هرچه جسم دورتر باشد زمان بیشتری طول خواهد کشید تا نور آن به ما برسد، و بنابراین زمانیکه نور آن جسم را ترک می کرده عالم جوان تر بوده است. لنزینگ ضعیف یک نقشه سه بعدی از ماده در عالم را به دست می دهد.

این مسئله­ای حیاتی است! زیرا انرژی تاریک عالم را قطعه قطعه می کند، توانایی ماده برای جمع شدن دور هم برای تشکیل کهکشان ها و خوشه ها با تغییرات انرژی تاریک تغییر می کند. با مقایسه اینکه چطور ماده اکنون جمع می شود، و اینکه چطور در گذشته، مثلا حدود 5 میلیارد سال قبل جمع شده است، منجمین می توانند تعیین کنند که آیا مقدار انرژی تاریک در عالم ثابت بوده یا اینکه با زمان افزایش می یابد.

مشاهده ابرنواخترها و لنزینگ ضعیف با هم می تواند کلیدی را برای تمایز بین سه مدل انرژی تاریک فراهم کند. در حالیکه روش های رصدی دیگری وجود دارد که می توانند برای تعیین این دو فاکتور مورد استفاده قرار گیرند، جمع ابرنواخترها و لنزینگ ضعیف، بهترین و دقیق ترین راه برای انجام این هدف است.

این همان کاری است که SNAP برای انجام آن طراحی شده است. SNAP اندازه گیری ابرنواختر و لنزینگ ضعیف را با هم انجام می دهد و با ترکیب دقیق این دو می توان طبیعت انرژی تاریک را روشن کرد.
در تخت جمشید(پارسه) و در کتیبه های کشف شده نوشته شده:
"اگر کارگری در هنگام کار در این بنا آسیب دید موظف هستیم وسایل امرار معاش اورا تا پایان زندگانیش بی هیچ چشمداتی فراهم و پرداخت کنیم ..."
نماد کاربر
 
سپـاس : 6

ارسـال : 12


نام: الهه خانی
نام نویسی: 93/9/9

زن

بازگشت به علوم هوا فضا

چه کسی هم اکنون اینجاست ؟

کاربرانی که در این تالار هستند: بدون کاربران عضو شده و 1 مهمان


cron