25/09/2022

Per què surt el Sol sempre per l'est?

Clic per engrandir. Per què el Sol surt per l'est?. Crèdit: danillaophoto, Fotolia

Aquesta és una qüestió força elemental, però li farem un petit repàs. Saps per a on surt el Sol? Si el Sol surt per l'est, i sistemàticament per l'est, és perquè la Terra gira sobre si mateixa, sempre en la mateixa direcció.

S'entén que les expressions "el sol surt" i "el sol es pon" no són del tot adequades. El Sol no dorm mai, com sabem. Per descomptat, és la Terra la que gira sobre si mateixa, fent una volta completa en 23 hores, 56 minuts i 4 segons, és a dir, un dia. Com que gira sempre en la mateixa direcció, d'oest a est, el Sol sempre se'ns apareix -i això sigui quin sigui l'hemisferi- sortint per l'est i ponent-se per l'oest.

On surt el Sol?

Per ser més precisos, caldria indicar que les direccions exactes de la sortida i la posta del sol depenen no només de la latitud del lloc on us trobeu sinó també de l'estació. Així, a Barcelona, el Sol surt al nord-est a l'estiu i al sud-est a l'hivern. Això resulta de la inclinació de l'eix de rotació de la Terra que també juga un paper essencial en l'arribada de les estacions.

Aquesta inclinació té l'altra conseqüència que hi ha, als pols geogràfics de la Terra, hi ha una època de l'any en què el Sol mai es pon. Aquest període s'anomena dia polar i pot durar fins a sis mesos. També a l'hivern el període s'anomena nit polar, ja que el Sol no arriba a aixecar-se de l'horitzó.

Ara ja saps on surt el Sol i quins són els motius.


Ho he vist aquí.

24/09/2022

El telescopi Webb capta la vista més clara dels anells de Neptú en dècades

El telescopi espacial James Webb de la NASA mostra les seves capacitats més a prop de casa amb la primera imatge de Neptú. El Webb no només ha captat la vista més clara dels anells d'aquest planeta llunyà en més de 30 anys, sinó que les seves càmeres revelen el gegant de gel sota una llum totalment nova.

El més vistós de la nova imatge del Webb és la nítida visió dels anells del planeta, alguns dels quals no s'havien detectat des que el Voyager 2 de la NASA es va convertir en la primera nau espacial a observar Neptú durant el seu sobrevol el 1989. A més de diversos anells brillants i estrets, la imatge de Webb mostra clarament les bandes de pols més febles de Neptú.

"Han passat tres dècades des de l'última vegada que vam veure aquests anells tènues i polsegosos, i aquesta és la primera vegada que els veiem a l'infraroig", assenyala Heidi Hammel, experta en el sistema de Neptú i científica interdisciplinària del telescopi Webb. La qualitat d'imatge extremadament estable i precisa del Webb permet detectar aquests anells tan febles tan a prop de Neptú.

 Clic per engrandir. Crèdits: NASA, ESA, CSA, STScI

Neptú ha fascinat els investigadors des del seu descobriment el 1846. Situat 30 vegades més lluny del Sol que la Terra, Neptú orbita a la remota i fosca regió del sistema solar exterior. A aquesta distància extrema, el Sol és tan petit i tènue que el migdia a Neptú és similar a un tènue crepuscle a la Terra.

Aquest planeta es caracteritza per ser un gegant de gel degut a la composició química del seu interior. En comparació dels gegants gasosos Júpiter i Saturn, Neptú és molt més ric en elements més pesats que l'hidrogen i l'heli. Això es fa palès en l'aspecte blau característic de Neptú a les imatges del telescopi espacial Hubble en longituds d'ona visibles, causat per petites quantitats de metà gasós.

Clic per engrandir. Què veiem a la darrera imatge de Webb del gegant de gel Neptú? Webb va captar set de les 14 llunes conegudes de Neptú: Galatea, Nàiade, Talassa, Despina, Proteu, Làrissa i Tritó. Tritó, la gran i inusual lluna de Neptú, domina aquest retrat de Neptú realitzat pel Webb com un punt de llum molt brillant que llueix els característics pics de difracció que es veuen a moltes de les imatges de Webb. 

La càmera d'infraroig proper de Webb (NIRCam) pren imatges dels objectes al rang de l'infraroig proper, de 0,6 a 5 micres, de manera que Neptú no apareix blau pel Webb. De fet, el gas metà absorbeix tan fortament la llum vermella i infraroja que el planeta és força fosc en aquestes longituds d'ona de l'infraroig proper, excepte quan hi ha núvols de gran alçada. Aquests núvols de gel de metà són prominents com ratlles i taques brillants, que reflecteixen la llum solar abans que sigui absorbida pel gas metà. Les imatges d'altres observatoris, com ara el Telescopi Espacial Hubble i l'Observatori W.M. Keck, han registrat aquests trets ennuvolats de ràpida evolució al llarg dels anys. 

Més subtilment, una línia fina de brillantor que envolta l'equador del planeta podria ser una signatura visual de la circulació atmosfèrica global que impulsa els vents i les tempestes de Neptú. L'atmosfera baixa i s'escalfa a l'equador, de manera que brilla en longituds d'ona infraroges més que els gasos circumdants, més freds.

L'òrbita de 164 anys de Neptú significa que el seu pol nord, a la part superior d'aquesta imatge, està just fora de la vista dels astrònoms, però les imatges del Webb insinuen una brillantor intrigant en aquesta zona. Un vòrtex prèviament conegut al pol sud és evident a la vista del Webb, però per primera vegada Webb ha revelat una banda contínua de núvols d'alta latitud que l'envolta.

Webb també va captar set de les 14 llunes conegudes de Neptú. En aquest retrat de Neptú realitzat per Webb hi ha un punt de llum molt brillant que llueix els característics pics de difracció que es veuen a moltes de les imatges de Webb, però no es tracta d'una estrella. Es tracta més aviat de la gran i inusual lluna de Neptú, Tritó.

Clic per engrandir. La càmera d'infraroig proper de Webb (NIRCam) pren imatges dels objectes al rang de l'infraroig proper, de 0,6 a 5 micres, de manera que Neptú no apareix blau per al Webb. De fet, el gas metà absorbeix tan fortament la llum vermella i infraroja que el planeta és força fosc en aquestes longituds d'ona de l'infraroig proper, excepte quan hi ha núvols de gran alçada. Aquests núvols de gel de metà són prominents com ratlles i taques brillants, que reflecteixen la llum solar abans que sigui absorbida pel gas metà. Crèdits: NASA, ESA, CSA, STScI.

Cobert d'una brillantor gelada de nitrogen condensat, Tritó reflecteix una mitjana del 70 per cent de la llum solar que li arriba. En aquesta imatge, supera amb escreix Neptú perquè l'atmosfera del planeta està enfosquida per l'absorció de metà en aquestes longituds d'ona de l'infraroig proper. Tritó orbita Neptú en una inusual òrbita cap enrere (retrògrada), cosa que porta els astrònoms a especular que aquesta lluna va ser originalment un objecte del cinturó de Kuiper que va ser capturat gravitacionalment per Neptú. Està previst que l'any vinent es facin estudis addicionals de Tritó i Neptú.

El telescopi espacial James Webb és el principal observatori científic espacial del món. Webb resoldrà els misteris del nostre sistema solar, mirarà més enllà, mons llunyans al voltant d'altres estrelles, i explorarà les misterioses estructures i orígens del nostre univers i el nostre lloc. Webb és un programa internacional dirigit per la NASA amb els socis, l'ESA (Agència Espacial Europea) i l'Agència Espacial Canadenca (CSA-ACS).

 

Ho he vist aquí.

21/09/2022

Dossier Conèixer els neutrins: 2 El fenomen de les oscil·lacions dels neutrins

El neutrí es va postular l'any 1930 per resoldre un problema important de la física: la conservació de l'energia. La seva existència experimental no es va demostrar fins un quart de segle després. Des de llavors, el neutrí ha ocupat l'escenari amb els seus nombrosos enigmes, però la detecció i, per tant, la verificació de les prediccions, és especialment difícil. Això requereix detectors molt massius. El problema definitiu resolt és el de la massa dels neutrins: tenen massa o no? A veure com va arribar la resposta. 

Coneixem tres tipus diferents de neutrins (i només tres!). S'anomenen: electrònics, muònics i tauònics. Es diferencien entre si com una poma difereix d'una Pera i aquesta es diferencia d'una taronja.


Clic per engrandir. Les partícules elementals canvien d'identitat. Crèdit: Agsandrew, Fotolia

 

Clic per engrandir. Aquesta figura mostra les interaccions de neutrins electrònics i muònics, respectivament, clarament diferenciades en un detector precís utilitzat al CERN i situat en un feix de neutrins produït a partir d'un accelerador. Crèdit: François Vannucci.

Partícules elementals que canvien constantment d'identitat

Per tant, cada tipus de neutrí tindrà la seva pròpia massa. Tanmateix, les partícules elementals no es comporten com una poma o una pera. Són objectes quàntics que poden patir estranyes transformacions i en el cas dels neutrins, els tipus poden oscil·lar entre ells, és a dir, canviar-se entre si amb el temps, com si una poma estigués transmutant en pera quan cau de l'arbre.

Clic per engrandir. ls diferents tipus de neutrins poden oscil·lar entre si. Crèdit: François Vannucci

Aquest fenomen està directament relacionat amb la massa de neutrins, i és gràcies a la seva observació que hem pogut estimar les masses implicades, aquest fenomen s'ha demostrat, en particular, a partir de les dades acumulades pel detector japonès Super-Kamiokande.

Veure:

- Capítol anterior: 1 Oscil·lacions dels neutrins    
- Capítol següent: 3 Neutrins solars (en preparació)


 
Ho he vist aquí

19/09/2022

La nau Juno de la NASA "escolta" la lluna de Júpiter

Clic per engrandir. Aquesta imatge de la JunoCam mostra dues de les grans tempestes giratòries de Júpiter, captades al 38è pas de perijove1 de Juno, el 29 de novembre de 2021. Crèdits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS Processament d'imatges: Kevin M. Gill CC BY

Una pista d'àudio recopilada durant el sobrevol de Ganimedes per part de la missió a Júpiter ofereix un recorregut dramàtic. És un dels aspectes més destacats que els científics de la missió van compartir en una reunió informativa a l'American Geophysical Union Fall Meeting.

Els sons d'un sobrevol de Ganimedes, els camps magnètics i les notables comparacions entre els oceans i les atmosferes de Júpiter i de la Terra es van debatre avui en una sessió informativa sobre la missió Juno de la NASA a Júpiter a la reunió de tardor de la Unió Geofísica Americana a Nova Orleans.

L'investigador principal de Juno, Scott Bolton, del Southwest Research Institute de Sant Antoni, ha estrenat una pista d'àudio de 50 segons generada a partir de les dades recollides durant el sobrevol proper de la missió a la lluna joviana Ganímedes el 7 de juny de 2021. L'instrument Waves de Juno, que sintonitza les ones de ràdio elèctriques i magnètiques produïdes a la magnetosfera de Júpiter, va recollir les dades d'aquestes emissions. A continuació, la freqüència es va desplaçar a la gamma d'àudio per crear la pista d'àudio.

"Aquesta banda sonora és prou salvatge per fer-te sentir com si estiguessis viatjant al llarg de Juno navegant per Ganimedes per primera vegada en més de dues dècades", va dir Bolton. "Si escoltes amb atenció, pots sentir el canvi abrupte a freqüències més altes al voltant del punt mitjà de l'enregistrament, que representa l'entrada en una regió diferent a la magnetosfera de Ganimedes".

Les emissions de ràdio recollides durant el sobrevol de Juno a la lluna Ganímedes de Júpiter el 7 de juny de 2021 es presenten aquí, tant visualment com en so. Crèdits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/Univ d'Iowa

L'anàlisi detallada i la modelització de les dades de Waves estan en curs. "És possible que el canvi en la freqüència poc després de l'aproximació més propera es degui al pas del costat nocturn al costat diürn de Ganímedes", va dir William Kurth, de la Universitat d'Iowa, a Iowa City, co-investigador principal de la investigació de Waves.

En el moment de la major aproximació de Juno a Ganímedes -durant el 34è viatge de la missió al voltant de Júpiter- la nau es trobava a 1.038 quilòmetres de la superfície de la lluna i viatjava a una velocitat relativa de 67.000 km/h.

Júpiter magnètic

Jack Connerney, del Centre de Vol Espacial Goddard de la NASA a Greenbelt (Maryland), és l'investigador principal del magnetòmetre de Juno i l'investigador principal adjunt de la missió. El seu equip ha elaborat el mapa més detallat mai obtingut del camp magnètic de Júpiter.


Clic per engrandir. Aquesta imatge de la lluna joviana Ganímedes va ser obtinguda pel generador d'imatges JunoCam a bord de la nau espacial Juno de la NASA durant el seu sobrevol a la lluna gelada el 7 de juny de 2021. Crèdits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

El mapa, elaborat a partir de les dades recollides en 32 òrbites durant la missió principal de Juno, proporciona noves dades sobre la misteriosa Gran Taca Blava del gegant gasós, una anomalia magnètica a l'equador del planeta. Les dades de Juno indiquen que s'ha produït un canvi al camp magnètic del gegant gasós durant els cinc anys en què la nau ha estat en òrbita, i que la Gran Taca Blava s'està desplaçant cap a l'est a una velocitat d'uns 4 centímetres per segon amb relació a la resta de l'interior de Júpiter, envoltant el planeta en uns 350 anys.

En canvi, la Gran Taca Vermella -l'anticicló atmosfèric de llarga durada situat al sud de l'equador de Júpiter- es desplaça cap a l'oest a un ritme relativament ràpid, fent la volta al planeta en uns quatre anys i mig.

A més, el nou mapa mostra que els vents zonals de Júpiter (corrents en jet que van d'est a oest i d'oest a est, donant a Júpiter el seu aspecte distintiu de bandes) estan separant la Gran Taca Blava. Això significa que els vents zonals mesurats a la superfície del planeta arriben fins a l'interior del mateix.

El nou mapa del camp magnètic també permet als científics de Juno fer comparacions amb el camp magnètic de la Terra. Les dades suggereixen a l'equip que l'acció de dinamo -el mecanisme pel qual un cos celeste genera un camp magnètic- a l'interior de Júpiter es produeix l'hidrogen metàl·lic, sota una capa que expressa "pluja d'heli".

Les dades que Juno recopila durant la seva missió estesa poden desentranyar encara més els misteris de l'efecte dinamo no només a Júpiter sinó als d'altres planetes, inclosa la Terra.

Els oceans de la Terra, l'atmosfera de Júpiter


Clic per engrandir. D'esquerra a dreta: Un fitoplàncton floreix al mar de Noruega, i núvols turbulents a l'atmosfera de Júpiter. Les imatges de Júpiter proporcionades per la nau espacial Juno de la NASA han donat als oceanògrafs les matèries primeres per estudiar la rica turbulència als pols del gegant gasós i les forces físiques que impulsen els grans ciclons a Júpiter.

Lia Siegelman, oceanògrafa física i becària postdoctoral a la Institució Scripps d'Oceanografia de la Universitat de Califòrnia, San Diego, va decidir estudiar la dinàmica de l'atmosfera de Júpiter després d'adonar-se que els ciclons al pol de Júpiter semblen compartir similituds amb els vòrtexs oceànics que va estudiar durant el seu temps com a estudiant de doctorat.

"Quan vaig veure la riquesa de la turbulència al voltant dels ciclons jovians, amb tots els filaments i remolins més petits, em va recordar la turbulència que es veu a l'oceà al voltant dels remolins", va dir Siegelman. "Aquests són especialment evidents a les imatges satel·litals d'alta resolució de vòrtex als oceans de la Terra que són revelats per les floracions de plàncton que actuen com a marcadors del flux".

El model simplificat del pol de Júpiter mostra que els patrons geomètrics dels vòrtexs, com els observats a Júpiter, emergeixen espontàniament i sobreviuen per sempre. Això significa que la configuració geomètrica bàsica del planeta permet que es formin aquestes intrigants estructures.

Tot i que el sistema d'energia de Júpiter és molt més gran que el de la Terra, entendre la dinàmica de l'atmosfera joviana ens podria ajudar a entendre els mecanismes físics en joc al nostre propi planeta.

Armar Perseu

L'equip de Juno també ha publicat la seva darrera imatge del tènue anell de pols de Júpiter, presa des de l'interior de l'anell mirant cap a fora per la càmera de navegació de la Unitat de Referència Estel·lar de la nau espacial. Les bandes primes més brillants i les regions fosques veïnes a la imatge estan vinculades a la pols generada per dues de les petites llunes de Júpiter, Metis i Adrastea. La imatge també captura el braç de la constel·lació de Perseu. L'equip de Juno també ha publicat la seva darrera imatge del tènue anell de pols de Júpiter, presa des de l'interior de l'anell mirant cap a fora per la càmera de navegació de la Unitat de Referència Estel·lar de la nau espacial. Les bandes primes més brillants i les regions fosques veïnes a la imatge estan vinculades a la pols generada per dues de les petites llunes de Júpiter, Metis i Adrastea. La imatge també captura el braç de la constel·lació de Perseu.

"És impressionant que puguem observar aquestes constel·lacions familiars des d'una nau espacial a 500 milions de quilòmetres de distància", va dir Heidi Becker, co-investigadora principal de l'instrument de la Unitat de Referència Estel·lar de Juny al Laboratori del JPL de la NASA a Pasadena. "Però tot es veu més o menys igual que quan els apreciem des dels nostres patis del darrere aquí a la Terra. És un recordatori impressionant de com som de petits i quant queda per explorar".

Més sobre la missió

JPL, una divisió de Caltech a Pasadena, Califòrnia, administra la missió de Juno per a l'investigador principal, Scott J. Bolton, del Southwest Research Institute a San Antonio. Juno és part del Programa New Frontiers (Noves Fronteres) de la NASA, que s'administra al Centre de Vol Espacial Marshall de la
NASA a Huntsville, Alabama, per a la Direcció de la Missió Científica de l'agència a Washington. Lockheed Martin Space a Denver va construir i opera la nau espacial.

Seguiu la missió a Facebook i Twitter, i obtingueu més informació sobre Juno fent un clic aquí.

1 Perijove o perijave és un concepte astronòmic: És el punt, en el camí d'un objecte celeste o una nau espacial que orbita (o passa) per Júpiter, on és més a prop del planeta.


Ho he vist aquí.

18/09/2022

Dossier Via Làctia: 3 Estructura i components de la galàxia espiral

La Via Làctia, un magnífic camí d'estrelles al cel nocturn, encara guarda molts secrets. La matèria fosca i l'energia, els forats negres supermassius són temes fascinants per entendre millor la nostra galàxia.

Com ho fan les galàxies espirals per mantenir els braços ben oberts? Els astrònoms fa temps que es fan aquesta pregunta. Les galàxies espirals són, però, molt nombroses: dues de cada tres, les altres ho són de qualsevol tipus; galàxies el·líptiques, de forma esferoïdal, o nanes irregulars.


Clic per engrandir. NGC 1300, una galàxia espiral barrada. Crèdit: NASA, ESA i The Hubble Heritage Team STScI/AURA), DP

Les galàxies espirals s'aplanen en un disc prim, que gira al voltant del seu eix central. El problema és que no giren com un disc sòlid: el centre gira més ràpid que la vora. El material triga 20 milions d'anys a completar una revolució a una distància de 3.000 anys llum des del centre, on comença l'espiral, mentre triguen mil milions d'anys a girar a la vora extrema, a 150.000 anys llum de distància. Durant una revolució a la vora, l'estrelles des del centre hauran fet 50 voltes.

Imagineu braços espirals dibuixats en un disc: si el centre gira més ràpid, l'estructura espiral s'enrotllarà i els braços es tancaran molt ràpidament. Tanmateix, en els exemples d'estructures espirals visibles a les imatges de sota, els braços estan molt oberts.


Clic per engrandir. Exemples de galàxies espirals fotografiades en llum infraroja pel VLT (
Very Large Telescope) de l'ESO (European Southern Observatory), a Xile: d'esquerra a dreta, NGC 5427, NGC 4321 i NGC 1300. Crèdit: ESO

Els braços espirals, ones de densitat

La solució a aquest problema va ser proposada l'any 1964 per Lin i Shu: els braços espirals són ones de densitat, no són braços materials. Les estrelles i el gas interestel·lar entren i surten dels braços espirals, durant la seva rotació al voltant del centre. Les ones de densitat espiral, com l'ona barrada, giren a a velocitat més feble, a velocitat angular constant com un cos sòlid. A més, l'espiral barrada que dibuixen al cel no es deforma.

El gas interestel·lar, cada vegada que entra a l'ona espiral, pateix una ona de xoc, que el comprimeix i el desestabilitza: núvols densos es multipliquen i formen estrelles. És per això que la majoria de les estrelles joves i brillants neixen als braços espirals, que són més blaus i acullen un gran nombre de nebuloses ionitzades. Les estrelles joves i massives consumeixen el seu gas amb reaccions nuclears molt més ràpid que les estrelles més clares. Ja estan morts un cop s'ha creuat el braç espiral, després de 10 a 20 milions d'anys, i per tant no il·luminen l'interbraç. Les estrelles de més gran durada de vida, com el Sol (vuit mil milions d'anys), no són gaire brillants, d'aquí l'interbraç relativament fosc.

Les galàxies espirals mai estan en equilibri, la matèria del disc gira en espiral cap al centre, perdent moment angular, degut precisament a les parelles de torsió de l'espiral i de la barra. La concentració de massa cap al centre produeix una protuberància cada cop més massiva, segons la seqüència del Hubble representada a la imatge següent.

Clic per engrandir. Representació de la seqüència del Hubble, o "diapasó del Hubble". A l'esquerra, les galàxies el·líptiques més o menys oblates, des de E0 (esfera) fins a E7 (ablatinació màxima) [la xifra és igual a 10 x (A - B)/A, on A i B són els eixos principals]. A la dreta, les galàxies espirals es divideixen en dues branques, barrades (inferior) o no, i la proporció de protuberància/disc disminueix d'esquerra a dreta. Al centre, les galàxies lenticulars S0, que tenen un disc, u na protuberància massiva, però sense gas, i poques espirals. Crèdit: Françoise Combes

Es creu que les galàxies tenen una forma espiral al començament de la seva vida, perquè la fracció de gas és molt gran. Aleshores les fusions de galàxies fan que perdin gradualment la rotació per convertir-se en el·líptiques.

Clic per engrandir. Imatges en color compostes obtingudes amb el telescopi espacial Hubble de quatre cúmuls de galàxies en formació estel·lar, tres mil milions d'anys després del Big Bang. Crèdit: G. Barro, NASA, ESA

Les galàxies sempre han estat espirals?

Quan observem les galàxies llunyanes, més joves que avui des que retrocedim en el temps, n'observem moltes que són irregulars, formant grumolls. La taxa d'interaccions entre galàxies també és més gran, la qual cosa les fa més pertorbades, però no solament.

Fins i tot les galàxies aïllades són més irregulars. Això probablement es deu a la fracció de gas més gran. Si una galàxia espiral típica d'avui conté d'un 5 a un 10% de gas, les galàxies tenen al voltant de la meitat d'edat de l'univers al contenir-ne encara el 50%!.  Aquestes s'han fet inestables respecte a la fragmentació gravitatòria, el que explica la presència de grumolls. Aquestes butxaques de gas inestable estan formant estrelles activament, com es veu a les imatges que es mostren a dalt.

Veure:

Anterior: 2 Formes i dimensions de la Via Làctia
Següent: 4 La Via Làctia i la matèria negra (en preparació)


Ho he vist aquí.

17/09/2022

Així és com es veu un protó


Clic per engrandir. És difícil obtenir una imatge de l'estructura de la matèria. Els investigadors de l'Institut Tecnològic de Massachusetts (MIT, Units Units), però, han acceptat el repte. Ofereixen una animació que ens ajuda amb l'estructura del protó.Crèdit: Equip "Visualizing the Proton", MIT, Jefferson Lab.

Com és un protó? Com una bola de billar, però molt petita. Segur. O és clar que no! Perquè al llarg de les dècades, la física ens ha ensenyat que les coses són una mica més complicades que això. Tant és així que s'ha fet difícil imaginar-los. Però els investigadors s'han unit amb artistes per acceptar el repte. Aquí teniu el resultat.

L'àtom és un element fonamental de la nostra realitat, però realment el coneixeu tan bé?

La cadira on esteu asseguts ara mateix. L'ordinador on llegiu aquest tema. I fins i tot l'ocell que escoltes cantant per la finestra oberta. La matèria que ens envolta està feta d'àtoms. Partícules diminutes invisibles per als nostres ulls. Partícules diminutes elles mateixes formades per electrons, de neutrons i protons. Partícules encara més petites. Encara més invisible.

Invisible, però encara molt real. Aleshores, us heu preguntat mai com són aquestes petites partícules? Com petits sistemes solars fet d'electrons que graviten al voltant d'un nucli format per neutrons i protons. Aquesta és la imatge que fa temps que es proposa. Però el físics d'avui saben que no és just així. I com que hem de començar per algun lloc, investigadors del Massachusetts Institute of Technology (MIT, Estats Units) ens conviden a descobrir quin és el protó, una partícula no més gran que un femtòmetre, és a dir, de 10-15 metres. I atenció al espòiler, no és la bola de billar perfecta que tradicionalment encara ens presenten a l'escola.

Per ser sincers, els investigadors del MIT ja fa gairebé vint anys que hi pensen. Que reflexionin sobre la millor manera de donar-nos una imatge precisa del que és un protó. La idea de fer-ne un simple retrat robot es va descartar ràpidament. Perquè el món de la física de partícules és d'alguna manera... viva! Està evolucionant. Està en moviment. Es creen partícules. Altres desapareixen. Alguns es transformen. I només una animació podria fer palpable aquesta realitat.

Però els físics del MIT realment volien anar més enllà de tot el que es coneixia. De tot el que ja s'havia presentat fins ara. Es van plantejar un autèntic repte: col·laborar amb artistes. Proporcionar una animació que sigui científicament precisa i visualment atractiva. Preneu decisions atrevides que ajudin a "la gent a marxar amb una millor comprensió del seu rendiment i de la física en general".

Clic per engrandir. Aquesta representació del protó -tres boles subjectes en una mena de bola de billar més gran per molles- ens ajuda a entendre la seva estructura: dos quarks up (u) i un quark down (d) units per gluons. Però de cap manera mostra què està passant realment al món quàntic. Crèdit: Dmitry Kovalchuk, Adobe Stock 

El protó, una partícula en última instància no tan esquiva

Abans d'anar més lluny, recordeu que els investigadors han establert que el protó no és una partícula elemental. Està format per tres quarks: dos anomenats quarks up ("amunt" en català) i un anomenat quark down (avall en català). I aquesta força és la que els físics anomenen forta interacció que els uneix. Mitjançant l'intercanvi de gluons. Aquesta interacció és tan poderosa que mai abans s'havien observat quarks i gluons per separat.

Els artistes que van treballar amb els equips del MIT van representar així els quarks com a punts de llum. Punts de llum en moviment el color dels quals canvia constantment, canviant de vermell a verd i blau per representar les càrregues de color que apareixen entre els quarks i els gluons sotmesos a la interacció forta. Perquè segons la teoria quàntica, tots els sistemes de quarks i gluons porten la mateixa quantitat d'aquests tres colors. Tot i que en realitat no són de color blau, vermell o verd.

Aquest animació "Visualitzant el protó" dóna una idea de què és realment aquest constituent dels nuclis atòmics. Crèdit: Equip "Visualizing the Proton", MIT, Jefferson Lab

Els experiments realitzats amb acceleradors de partícules cada cop més eficients també han demostrat als físics que, al cor del protó, generalment són els gluons els que marquen la llei. Però en algunes regions, els quarks prenen el relleu. En pocs anys, un nou instrument, el 'Superconducting Super Collider" (Estats Units), hauria de permetre concretar què passa als límits d'aquestes regions. Però ja, l'equip que va ajudar els investigadors del MIT a produir una representació fidel del protó ha aconseguit construir una animació que tingui en compte la seva estructura canviant. Una estructura dominada pels gluons que se separen i es recombinen constantment quan el "temps d'exposició" -que es correspon una mica a la fracció del moment del protó transportat per un quark o un gluó- és baix. Quan el "temps d'exposició" augmenta, és el procés de creació per part d'un gluó d'un quark i el seu antiquark el que es mostra. Finalment, amb un "temps d'exposició" elevat , apareixen els tres quarks que formen el protó.

Millor que això, els investigadors van aconseguir posar en imatge allò que s'observa quan un s'endintra al cor del protó. En augmentar la resolució espacial. Quan apareixen detalls i un efecte relativista fa que el protó perdi la seva forma de bola i el converteixi en un disc. Durant un temps d'exposició baix, apareix un nombre creixent de gluons. Per a un temps d'exposició elevat, és una estructura bastant tosca, però igualment definida i que inclou tres quarks, que esdevé més marcada.

Els investigadors ara tenen previst treballar en el desenvolupament d'una versió en 3D d'aquesta visualització del protó. Abans de proposar, més tard, una animació del nucli atòmic. I francament, qui no somia seguir-los al meravellós món de la física de l'infinitament petit?.


Ho he vist aquí.

15/09/2022

Conflicte de Galàxies?

 Clic per engrandir. Crèdit: ESA/Hubble i NASA, W. Keel⁣

A primera vista, semblen superposar-se aquestes dues galàxies espirals, situades a més de mil milions d'anys llum de la Terra. En realitat, tot i que semblen col·lisionar en aquesta imatge, l'alineació de les dues galàxies és probablement només per casualitat - totes dues no estan realment interactuant.

Aquesta imatge és una de les moltes observacions del telescopi espacial Hubble de la NASA, que aprofundeixen en els aspectes més destacats del projecte Galaxy Zoo. Establert originalment el 2007, Galaxy Zoo i els seus successors són projectes massius de ciència ciutadana que es basen en classificacions de galàxies realitzades per un grup de centenars de milers de voluntaris. Aquests voluntaris classifiquen les galàxies captades pels telescopis robòtics i sovint són els primers a veure un objecte astronòmic. 

En el transcurs del projecte original Galaxy Zoo, els voluntaris van descobrir una col·lecció de galàxies estranyes i meravelloses, com a galàxies espirals de tres braços i galàxies anulars en col·lisió. Els astrònoms que coordinen el projecte van sol·licitar temps del Hubble per observar els habitants més inusuals del Zoo de Galàxies, però fidels a les arrels del projecte, la llista d'objectius va ser elegida per votació pública.

Descripció de la imatge:

Dues galàxies superposades captades pel telescopi espacial Hubble. Al centre de la imatge es veuen dues galàxies en espiral superposades entre si. La galàxia de més amunt té un interior de tonalitats blanques i els altres extrems són visiblement més ataronjats. La galàxia de la part inferior és principalment de color taronja amb tonalitats rovellades. El fons de la imatge està encapsulat per la negror fosca de lespai amb petites motes de color per tot arreu, aquestes petites motes són galàxies distants.

 

Ho he vist aquí.

10/09/2022

Catàleg Caldwell del Hubble. Objecte C56


Clic per engrandir. Crèdits: NASA, ESA, J. Westphal (California Institute of Technology), i K. Werner (Eberhard Karls Universitat); Processament: Gladys Kober (NASA/Catholic University of America)

Aquesta vista serena capta una part de la nebulosa planetària NGC 246, també coneguda com Caldwell 56. Les nebuloses planetàries reben aquest nom perquè, quan es van observar per primera vegada a través dels primers telescopis, semblaven planetes. Tot i això, una nebulosa planetària és en realitat l'etapa final de l'evolució d'una estrella similar al nostre Sol. Quan l'estrella arriba al final de la seva vida, les pulsacions i els forts vents estel·lars expulsen els embolcalls de gas de l'estrella. El nucli calent i compacte de l'estrella emet una radiació intensa, fent que el gas brilli durant unes desenes de milers d'anys abans que la nebulosa es dissolgui, deixant enrere una nana blanca com la que es troba al centre de Caldwell 56.

La imatge que encapçala aquesta entrada al blog, va ser capturada per la Càmera Planetària i de Camp Ampli 2 del Hubble. Ofereix una visió detallada de l'estructura de Caldwell 56 i el seu estel central. Aquestes observacions, i d'altres posteriors, es van fer per comprendre millor com canvien amb el temps els filaments difusos d'una nebulosa planetària.


Clic per engrandir. La imatge terrestre de Caldwell 56 (NGC 246) del Digitized Sky Survey (DSS), a la part inferior dreta, mostra la part de la nebulosa planetària observada per la Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2) del Hubble a la imatge de la esquerra. Crèdits: Imatge terrestre: Digitized Sky Survey; imatge del Hubble: NASA, ESA, J. Westphal (Califòrnia Institute of Technology) i K. Werner (Eberhard Karls Universitat); Processament: Gladys Kober (NASA/Universitat Catòlica d'Amèrica)

Caldwell 56 es troba a uns 1.600 anys llum de distància a la constel·lació de la Balena. Té una magnitud aparent de 8 i apareix com una tènue resplendor circular a través de telescopis de mida moderada. Algunes estrelles apareixen superposades a la nebulosa. La millor època per observar Caldwell 56 és durant la tardor de l'hemisferi nord i la primavera de l'hemisferi sud. Va ser descoberta per l'astrònom anglès William Herschel el 1785.


 
 

05/09/2022

Descobriments intrigants sobre el passat a on va aterrar Perseverance


Clic per engrandir. Durant 187 mesos,el rover Perseverance ha estat analitzant incansablement la geologia del cràter marcià Jezero. Crèdit: NASA, JPL-Caltech, ASU, MSSS.

Amb l'ajuda del rover Perseverance, Mart ens continua revelant els seus secrets i, en particular, els del cràter Jezero, que el rover porta 18 mesos inspeccionant. Les últimes dades de roques recollides pel rover permeten veure una mica més clarament la història geològica d'aquest antic llac. Cal una mica de paciència mentre esperem el retorn a la Terra de les mostres el 2033.


Perseverance, a la recerca de vida a Mart. Perseverance, així és com la NASA va decidir batejar el rover que va enviar a Mart l'estiu del 2020. Un rover del qual els investigadors esperen molt. És el primer a recollir mostres de roca per tornar a la Terra. Objectiu: trobar rastres de vida microbiana.

L'arribada del rover Perseverance a Mart, que complementava els instruments que ja hi havia al lloc com el rover Curiosity o l'estació sismològica InSight, va permetre explorar un nou entorn marcià: el cràter Jezero.

Les primeres observacions també van permetre ràpidament establir que aquest cràter va estar ocupat antigament per un gran llac, alimentat per un riu formant un delta. Per tant, el lloc és especialment adequat per estudiar la història de l'aigua del Planeta Roig i buscar possibles rastres de vida. No obstant això, aquests temes requereixen un estudi detallat de la geologia del lloc: naturalesa de les roques, mineralogia, arquitectura sedimentària que testimonia episodis i condicions lacustres, vulcanisme, etc.

A l'espera del retorn de les mostres a la Terra, una operació que només està prevista per al 2033 , les anàlisis, però, van bé a partir de les dades retransmeses pel rover. S'acaben de publicar junts quatre nous estudis que detallen la naturalesa del sòl i el subsòl del cràter Jezero.


Clic per engrandir. Selfie del Perseverance al cràter Jezero. Crèdit: NASA, JPL-Caltech, MSSS 


El sòl del cràter Jezero està format per roques ígnies d'origen profund

Durant el seu viatge al cor de l'antic llac, el rover Perseverance ha fet, efectivament, diverses anàlisis de les roques que formen el fons del cràter. Tot i que tothom esperava trobar roques sedimentàries dipositades al fons del llac o roques volcàniques, com ara colades de lava antigues, les dades van revelar que el sòl del cràter es forma sovint a partir de acumulacions magmàtiques. Trobar aquest tipus de roques a l'aflorament és sorprenent, perquè són les anomenades roques plutòniques, és a dir, que solen formar-se en profunditat, generalment al cor de les cambres magmàtiques o al fons dels llacs de lava. Són el resultat d'un refredament lent del magma. Els cristalls que es formen a mesura que disminueix la temperatura s'assentaran gradualment al fons del dipòsit de magma i s'acumulen per donar lloc a una roca estratificada.

En ambdós casos, la presència d'aquest tipus de roca a l'aflorament del fons del cràter només pot significar una cosa: tot el material que les cobria ha estat eliminat pel lent procés d'erosió al llarg dels anys, milers de milions d'anys. Encara estem parlant d'un gruix de roca de diversos centenars de metres de gruix! Aquests resultats es van publicar a la revista Science amb el títol "An olivine cumulate outcrop on the floor of Jezero crater, Mars", així com a l'article "Compositionnaly and density stratified igneous terrain in Jezero crater, Mars" publicat a Science Advances.


Clic per engrandir. Detall de les roques mostrades per Perseverance als jaciments de Seitah i Maaz, dins del cràter Jezero. Crèdit: Wiens et al. 2022, Science Advances, CC by-nc 4.0 

Aquesta estratificació del fons del cràter Jezero va ser confirmada per les imatges de radar realitzades per Perseverance. L'instrument portat pel rover ha permès efectivament, visualitzar el subsòl a una profunditat d'uns 15 metres, revelant una arquitectura molt estratificada, que s'explica per l'origen magmàtic de les roques, però també per la presència de dipòsits sedimentaris del llac. Aquests resultats es presenten a l'article "Ground penetrating radar observations of subsurface structures in the floor of Jezero crater, Mars", publicat a la revista Science Advances.

Una cosa és certa, les roques analitzades pel rover són testimonis d'un episodi magmàtic previ a la formació del delta del Jezero. Per tant, podrien permetre donar un límit d'edat inferior a aquesta formació sedimentària.


Clic per engrandir. El cràter Jezero, vist per la sonda Mars Express de l'Agència Espacial i la ubicació dels diferents elements del rover Perseverance en un mapa adquirit per la sonda Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA. Es pot veure clarament la formació sedimentària del delta. Crèdit: ESA/DLR/FU-Berlín i NASA-JPL.

Diferents rastres de meteorització per l'aigua

El seu descobriment és doblement interessant, ja que aquestes roques també porten restes de la meteorització per l'aigua. Atès que les roques magmàtiques són especialment fàcils de datar, les mostres preses pel Perseverance podrien així permetre establir una cronologia precisa dels diferents esdeveniments hídrics del jaciment i en particular, datar la formació del llac. Aquestes dades són un dels elements clau per entendre millor l'evolució del clima marcià. L'estudi d'aquestes roques podria permetre, doncs, saber amb precisió quan el clima del planeta va permetre l'establiment d'un sistema hídric a la superfície i quan la situació va canviar dràsticament cap a les condicions fredes i àrides que observem avui dia.

El Perseverance no està però, en condicions d'obtenir aquestes dates. Per tant, haurem d'esperar pacientment que les mostres tornin a la Terra. Gràcies als instruments a bord del rover, però, és possible l'estudi detallat dels acumulats presents al fons del cràter. La seva anàlisi mineralògica mostra que estan compostes per petits cristalls intricats d'olivina i piroxè, que testimonien una cristal·lització lenta. Però el que més interessa als especialistes són els rastres de la meteorització per l'aigua. De fet, les diferents mostres preses pel Perseverance en diferents punts del cràter semblen haver estat alterades de diferents maneres.

Les roques del jaciment de Máaz contenen en els seus porus minerals que s'haurien format a partir d'aigua salobre molt salada Per contra, les roques del jaciment de Seitah mostren traces de reacció amb aigua rica en carbonats. Per tant, les dues mostres testimonien un canvi en les condicions del llac al llarg del temps, que poden estar relacionades amb el canvi climàtic. Un cop més, caldrà esperar el retorn de les mostres a la Terra per poder datar amb precisió aquestes diferents etapes i establir-ne la cronologia. El detall de l'anàlisi està disponible a l'article "Aqueously altered igneous rocks sampled on the floor of Jezero crater, Mars", publicat a Science.


Clic per engrandir. El camí seguit per Perseverance des del seu aterratge el febrer de 2021. Els punts vermells indiquen on es van prendre les mostres (jaciments de Séitah i Maaz). El rover està ara a l'alçada del delta. Crèdit: NASA

La baixa abundància de minerals resultant de la meteorització de les roques ígnies, però, suggereix que el període d'existència del llac va ser relativament curt.

Mostres valuoses

A part del cas molt local de Jezero, l'estudi més detallat dels acumulats rics en olivina podria ajudar a entendre millor l'activitat magmàtica de Mart. Per tant, combinades amb imatges de satèl·lit, les dades informades per Perseverance podrien ajudar a dibuixar una imatge a més gran escala de la història magmàtica del planeta.

Entenem millor el valor de les mostres preses per Perseverance i les precaucions que prenen els científics encarregats de la missió per assegurar-ne la preservació i la seva arribada a la Terra en 11 anys. En cadascun dels quatre llocs estudiats es van duplicar les mostres preses. Aquests duplicats s'emmagatzemaran en un lloc de còpia de seguretat prop del delta en cas que les mostres conservades per Perseverance no es puguin recuperar, a causa d'una fallada mecànica per exemple. En aquest jaciment també s'emmagatzemaran les mostres de roques sedimentàries recollides recentment pel rover a nivell del delta. Noves mostres que també ens haurien de proporcionar informació valuosa sobre el passat de Mart.


Ho he vist aquí.

03/09/2022

Zeta del Serpentari: Una estrella amb un passat complicat

Zeta del Serpentari (Ophiuchi) és una estrella amb un passat complicat, que probablement va ser expulsada del seu lloc de naixement per una poderosa explosió estel·lar. Una nova anàlisi feta per l'Observatori de raigs X Chandra de la NASA ajuda a conèixer millor la història d'aquesta estrella fugitiva.


Clic per engrandir. Crèdit imatge raigs X: NASA/CXC/Dublin Inst. Advanced Studies/S. Green et al.; Imatge Infraroig: NASA/JPL/Spitzer
 
Situada a uns 440 anys llum de la Terra, Zeta del Serpentari és una estrella calenta 20 vegades més massiva que el Sol. Observacions anteriors han proporcionat proves que Zeta Ophiuchi va estar una vegada en òrbita propera amb una altra estrella, abans de ser expulsada a uns 160.000 quilòmetres per hora quan aquesta companya va ser destruïda en una explosió de supernova fa més d'un milió d'anys. Les dades infraroges publicades anteriorment pel telescopi espacial Spitzer de la NASA, ja retirat, que es veuen en aquesta nova imatge composta, revelen una espectacular ona de xoc (vermell i verd) que es va formar per la matèria que es va desprendre de la superfície de l'estrella i es va estavellar contra el gas al seu camí. Les dades de Chandra mostren una bombolla d'emissió de raigs X (blau) situada al voltant de l'estrella, produïda pel gas que s'ha escalfat pels efectes de l'onada de xoc a desenes de milions de graus.

Un equip d'astrònoms dirigit per Samuel Green, de l'Institut d'Estudis Avançats de Dublín (Irlanda), ha construït els primers models informàtics detallats de l'ona de xoc. Han començat a provar si els models poden explicar les dades obtingudes en diferents longituds d'ona, incloent-hi observacions de raigs X, òptiques, infraroges i de ràdio. Els tres models informàtics diferents prediuen una emissió de raigs X més feble que l'observada. La bombolla d'emissió de raigs X és més brillant a prop de l'estrella, mentre que dos dels tres models informàtics prediuen que l'emissió de raigs X hauria de ser més brillant a prop de l'onada de xoc.

En el futur, aquests investigadors planegen provar models més complicats amb física addicional -incloent-hi els efectes de la turbulència i l'acceleració de les partícules- per veure si la concordança amb les dades de raigs X millora.Un article que descriu aquests resultats ha estat acceptat a la revista Astronomy and Astrophysics i un esborrany està disponible aquí. Les dades de Chandra utilitzades aquí van ser analitzades originalment per Jesús Toalá, de l'Institut d'Astrofísica d'Andalusia, a Espanya, que també va redactar la proposta que va conduir a les observacions.

El Centre de Vol Espacial Marshall de la NASA gestiona el programa Chandra. El Centre de Raigs X Chandra de l'Observatori Astrofísic Smithsonià controla les operacions científiques des de Cambridge, Massachusetts i les operacions de vol des de Burlington, Massachusetts.
 
Llegiu més sobre l'Observatori de raigs X Chandra de la NASA fent un clic aquí. Per veure més imatges de Chandra, multimèdia i materials relacionats, feu un altre clic aquí.



Ho he vist aquí.

Dossier Conèixer els neutrins: 1 Oscil·lacions de neutrins


Clic per engrandir. L'interior d'un detector d'antineutrins està ajudant els científics a aprendre més sobre les diminutes partícules anomenades neutrins. Es van formar poc després del Big Bang i formen part de tot, des de les galàxies fins a les tasses de te. Un equip de físics de Virginia Tech forma part de la col·laboració internacional que ha descobert nova informació sobre el comportament dels neutrins. Crèdit: Universitat de Califòrnia, Laboratori Nacional Lawrence Berkeley.

El neutrí es va postular l'any 1930 per resoldre un problema important de la física: la conservació de l'energia. La seva existència experimental no es va demostrar fins un quart de segle després. Des de llavors, el neutrí ha ocupat l'escenari amb els seus nombrosos enigmes, però la detecció i, per tant, la verificació de les prediccions, és especialment difícil. Això requereix detectors molt massius. El problema definitiu resolt és el de la massa dels neutrins: tenen massa o no? A veure com va arribar la resposta.

El 1930, Pauli Wolfgang, un físic suís d'origen austríac, va postular l'existència d'una partícula sense massa i sense càrrega elèctrica. La seva predicció va ser confirmada l'any 1956 amb el descobriment dels neutrins. Per detectar l'existència de neutrins calen detectors molt massius, per exemple el Super-Kamiokande.

Clic per engrandir. Els neutrins han revelat els seus misteris. Crèdit: Ezume Images, Shutterstock 

El Super-Kamiokande (Super-K), és un dispositiu gegant situat en una gran caverna sota una muntanya a l'oest de Tòquio, consta d'una enorme cambra de 50 quilotones d'aigua purificada, tan voluminosa com un edifici de 15 pisos d'alçada i set vegades el pes de la Torre Eiffel.

Quan un neutrí interacciona amb una molècula d'aigua, es crea llum que és detectada per una matriu d'11.000 sensors anomenats tubs fotomultiplicadors. És analitzant aquesta llum que tornem a la causa, és a dir, al neutrí responsable.

Clic per engrandir. L'icònic detector de neutrins Super-Kamiokande en fase d'ompliment. Crèdit: Observatori Kamioka, Universitat de Tòquio.

La caça de neutrins dóna respostes

Així doncs, els neutrins han revelat alguns dels seus misteris. El problema definitiu resolt és el de la massa dels neutrins: tenen massa o no? A veure com va arribar la resposta.

En aquest dossier, podreu anar descobrint el fenomen de les oscil·lacions, els neutrins solars, els neutrins atmosfèrics i la massa dels neutrins.

Veure:

Capítol següent: 2 El fenomen de les oscil·lacions de neutrins (en preparació)

 


Ho he vist aquí.

01/09/2022

El Hubble observa un camp celeste ple d'estrelles


Clic per engrandir. El cúmul globular NGC 6638. Crèdit: ESA/Hubble & NASA, R. Cohen

Aquesta imatge plena d'estrelles del telescopi espacial Hubble de la NASA/ESA mostra el cor del cúmul globular NGC 6638 a la constel·lació de Sagitari. L'observació, plena d'estrelles, posa de manifest la densitat d'estrelles al cor dels cúmuls globulars, que són grups estables i estretament units de desenes de milers a milions d'estrelles. Per capturar les dades d'aquesta imatge, el Hubble va utilitzar dos dels seus instruments astronòmics d'avantguarda: La Càmera de Camp Amplio 3 i la Càmera Avançada de Sondejos.

El Hubble va revolucionar l'estudi dels cúmuls globulars. La distorsió causada per l'atmosfera terrestre fa gairebé impossible distingir clarament els estels del nucli dels cúmuls globulars amb els telescopis terrestres. Orbitant a uns 550 km per sobre de la Terra, el Hubble pot estudiar quin tipus d'estrelles componen els cúmuls globulars, com evolucionen i el paper de la gravetat en aquests sistemes densos sense que l'atmosfera terrestre suposi un problema.

El telescopi espacial James Webb de la NASA, l'ESA i la CSA permetrà conèixer millor els cúmuls globulars en observar el seu interior ple d'estrelles. Webb observa en longituds d'ona infraroges, proporcionant informació única sobre els estels dels cúmuls que complementarà les increïbles vistes del Hubble.


Ho he vist aquí.