Az új mérés súlyosbítja a fizikai problémákat
A Tejút családfája
A nanodiamandok teljesen integrált vezérlése
Kicsit közelebb a naphoz
Távolság a csillagoktól
Mitől ragyognak a csillagok
Egyirányú utca az elektronok számára
Új számban talált több száz példányt Newton Philosophiae Naturalis Principia Mathematica-ból
Naprendszerünk kevesebb mint 200 000 év alatt alakult ki
Egészséges a Marson
Az új mérés súlyosbítja a régi problémát
Fizikai hírek 2020. június 2-tól Plazmafizika
Az asztrofizikusok évtizedek óta zavarba ejtik a feltöltött vasból származó két feltűnő röntgensugárzási vonalat: mért fényerő-arányuk nem felel meg a számítottnak. Ez befolyásolja a plazma hőmérsékletének és sűrűségének meghatározását. Az új körültekintő, nagy pontosságú mérések és a legmodernebb módszerekkel végzett számítások kizárják az ellentmondás korábban javasolt magyarázatait, és ezáltal súlyosbítják a problémát.
A forró asztrofizikai plazmák kitöltik az intergalaktikus teret, és fényesen ragyognak a csillagok atmoszférájában, az aktív galaxismagokban és a szupernóva maradványaiban. Töltött atomokat (ionokat) tartalmaznak, amelyek röntgensugarat bocsátanak ki; ez műholdas műszerekkel megfigyelhető. Az asztrofizikusok spektrális vonalaikkal például plazma hőmérsékleteket vagy elemfrekvenciákat származtatnak. A legfényesebb röntgensorok közül kettő olyan vasatomokból származik, amelyek elvesztették 26 elektronukból 16-at, a Fe 16+ ionokat - az asztrofizikában más néven Fe XVII-t. A vas meglehetősen gyakori az univerzumban; biztosítja, hogy a napunkhoz hasonló csillagok csak lassan, több milliárd év alatt égessék el hidrogénkészletüket azáltal, hogy nagymértékben elnyomják az energia sugárzását az izzó fúziós magból a viszonylag közepesen forró csillagfelületbe.
S. Kühn, C. Shah, JR Crespo López-Urrutia, K. Fujii, R. Steinbrügge, J. Stierhof, M. Togawa, Z. Harman, NS Oreshkina, C. Cheung, MG Kozlov, SG Porsev, MS Safronova, JC Berengut, M. Rosner, M. Bissinger, R. Ballhausen, N. Hell, SungNam Park, M. Chung, M. Hoesch, J. Seltmann, AS Surzhykov, VA Yerokhin, J. Wilms, FS Porter, T. Stöhlker, CH Keitel, T. Pfeifer, GV Brown, MA Leutenegger és S. Bernitt A nagy felbontású fotógerjesztéses mérések súlyosbítják a régóta fennálló Fe XVII oszcillátor-erő problémát Phys. Tiszteletes Lett. 124, 225001 (2020. június 1.)
A röntgencsillagászok több mint negyven éve komoly problémával küzdenek a két fontos Fe16 + vonallal: intenzitásuk mért aránya jelentősen eltér az elméleti jóslatoktól. Ez vonatkozik a laboratóriumi mérésekre is, de eddig a kísérleti és elméleti bizonytalanságok túl nagyok voltak az ügy tisztázásához.
A Max Planck Nukleáris Fizikai Intézet (MPIK) és a NASA Goddard Űrrepülő Központ vezetésével 32 tudósból álló nemzetközi csoport most közzétette az ellentmondás kiküszöbölésére irányuló megújult hatalmas erőfeszítések eredményeit. Erre a célra a tudósok elvégezték a korábban legnagyobb felbontású méréseket és számos kvantumelméleti számítást a legújabb módszertan alkalmazásával.
Kifinomult mérési stratégia .
Steffen Kühn, az MPIK PhD hallgatója, aki a berendezésekért felelős, leírja az erőfeszítéseket: „Az erősen feltöltött vasionok rezonáns stimulálása érdekében folyamatosan gyártjuk őket kompakt mobil elektronnyaláb ioncsapdánkban (EBIT), és sugározzuk rájuk a DESY PETRA III szinkrotronjának röntgenfényével. A vonalakkal való rezonanciát úgy találjuk meg, hogy a szinkrotron energiáját hangoljuk át azon a területen, ahol megjelenniük kell, és megmérjük a fluoreszcens fény fényerejét. A DESY-nél (German Electron Synchrotron) dolgozó 19 intézmény munkatársai több mint egy éven át segítettek megbirkózni a hatalmas mennyiségű adattal, alaposan elemezni és ellenőrizni az eredményeket. "
Annak érdekében, hogy minden következetes legyen, a kutatók három különböző mérési módszert alkalmaztak a két Fe 16+ vonal, 3C és 3D nevű intenzitási arányának meghatározására. Először a teljes terület szkennelése megmutatta a vonalak helyzetét, szélességét és intenzitását. Másodszor, a kísérletezők a röntgenfotonok energiáját a fluoreszcens fény maximális fényerejéhez igazították, és ezáltal ciklikusan ki- és bekapcsolták a röntgensugarat az erős háttér megszabadulása érdekében. Harmadszor, újból beolvasták a sorokat, de az on-off trükköt elnyomták az instrumentális effektusokat. "Így meg tudtuk határozni a fényerő arányának a legpontosabb értékét pillanatnyilag, tízszer akkora spektrális felbontással, mint az előző munkában" - állítja Chintan Shah, a NASA posztdoktori munkatársa. "A PETRA III sugár tulajdonságai pedig elkerülik a szinkrotron sugárzás áramlásától függő lehetséges nemlineáris hatásokat, amelyek megzavarhatják a korábbi méréseket" - teszi hozzá Sven Bernitt a jena-i Helmholtz Intézet munkatársaitól. Figyelemre méltó, hogy a kapott intenzitás arány megerősíti a korábbi asztrofizikai és laboratóriumi méréseket, jelentősen csökkent bizonytalanság mellett.
. és előrehozott számlák
Az MPIK-nél Natalia Oreshkina által vezetett elméleti csapatok, Ausztráliából, az Egyesült Államokból és Oroszországból három független, nagyon kiterjedt, relativisztikus kvantumelméleti módszert alkalmaztak, és így több száz processzor klaszterei hetekig forróvá váltak. Ez a számítógépes maraton következetes eredményeket adott nagy numerikus pontossággal. Míg a vonalak közötti számított energiakülönbség megegyezik a mért értékkel, az intenzitás arány egyértelműen eltér a kísérleti eredménytől. "Nincsenek olyan egyéb kvantummechanikai hatások vagy számszerű bizonytalanságok, amelyeket figyelembe vehetnénk megközelítéseink során" - hangsúlyozza Marianna Safronova, a Delaware Egyetem professzora.
A Fe16 + 3C és 3D vonalainak kísérleti és elméleti intenzitási arányai közötti eltérés oka rejtély marad, mivel minden olyan hatást, amely zavarhatja a méréseket, nagymértékben elnyomják, és megértik a fennmaradó bizonytalanságokat. Következésképpen a röntgen vonalak intenzitásából származó asztrofizikai paraméterek bizonyos mértékben bizonytalanok. Még ha nem is kielégítő, „az új, pontos mérési eredmény közvetlenül felhasználható az asztrofizikai modellek korrigálására” - javasolja Maurice Leutenegger, szintén a NASA kutatója. "A közelgő űrmissziók, például az ESA Athena röntgenteleszkópja, továbbfejlesztett röntgenberendezéssel, hamarosan hihetetlen nagy felbontású adatfolyamot küld a Földre, és fel kell készülnünk annak megértésére, hogy ezzel a milliárd dolláros befektetéssel maximálisan megtérülhessünk."