ידענים: טלסקופ החלל פמלה | כללי | ראשית היקום

מאת 29 באפריל 2014 13 תגובות

אסטרונומים שניתחו נתונים שהעביר לוויין המחקר "פמלה" זיהו תופעה מפתיעה: שטף חזק של פוזיטרונים

פרופ' אלי וקסמן. קרינה קוסמית

פרופ' אלי וקסמן. קרינה קוסמית

פרופ' אלי וקסמן. קרינה קוסמית

אסטרונומים שניתחו נתונים שהעביר לוויין המחקר "פמלה" זיהו תופעה מפתיעה: שטף חזק של פוזיטרונים – שהם מעין "אלקטרונים הפוכים": הם שווים כמעט בכל לאלקטרונים, אלא שמטענם החשמלי חיובי (בעוד מטענם החשמלי של האלקטרונים, כידוע, הוא שלילי). תצפית זו עוררה, כמובן, את השאלות, כיצד נוצרים הפוזיטרונים האלה, מתי, היכן, ואיך הם מתקדמים בגלקסיה.

זה המקום לומר, שעצם קיומם של פוזיטרונים אלה אינו מפתיע. האסטרופיסיקאים, למעשה, מצפים לכמות מסוימת של פוזיטרונים אשר נוצרים כתוצאה מהתנגשות של הקרינה הקוסמית בגז הבין-כוכבי. התנגשות זו יוצרת מספר חלקיקים שבמהלך דעיכתם נוצרים, בין היתר, גם פוזיטרונים. אלא שהתצפיות האחרונות הראו, שביקום קיים שטף פוזיטרונים גדול בהרבה מהכמות שלה ציפו בהתבסס על ההתנגשויות האלה.

ניסיונות רבים לפתור את החידה הזאת לא צלחו, וכך עלו השערות, כי הכמות הגדולה למדי של פוזיטרונים עודפים נוצרת בתהליך שבו מעורב "החומר האפל", שיש סימנים שונים לקיומו (במיוחד הכבידה שהוא מפעיל, כנראה).

פרופ' אלי וקסמן ותלמידי המחקר (דאז), כפיר בלום ובועז כץ, ניסו למצוא פתרון לתעלומה מבלי להסתמך על החומר האפל, תוך ניסיון להבין כיצד מתקדמים הפוזיטרונים האלה בגלקסיה. על אף שלא קיים מודל בסיסי המתאר את תנועת הפוזיטרונים בגלקסיה, הם הצליחו למצוא דרך לחשב חסם עליון לכמותם של הפוזיטרונים שייווצרו וינועו בגלקסיה, גם ללא הסתמכות על חומר אפל כלשהו.

נתונים שהגיעו באחרונה מלוויין המחקר AMS הראו, שאכן, שטף הפוזיטרונים אינו עובר את החסם העליון שחישבו מדעני המכון, אלא מתקרב אליו באנרגיות גבוהות. לפיכך, מקור הפוזיטרונים הוא ככל הנראה בהתנגשויות קרינה קוסמית בגז הבין-כוכבי, ואין צורך להניח שבתהליך היווצרותם מעורב חומר אפל כלשהו. הודות להבנה זו מספקות כעת מדידות AMS מידע חשוב על בריחת הקרינה הקוסמית מהגלקסיה לחלל הבין-גלקטי.

תגיות:

13 תגובות ל “כיצד נוצרים פוזיטרונים בחלל? מתי, היכן ואיך הם מתקדמים בגלקסיה?”

  1. אהוד

    יוסי

    איני רוצה לרפות את ידיך, אבל מנגד הסיכוי של מי שאינו איש מקצוע להשיג הישג מדעי הוא
    קטן ביותר. לא זכורים לי מקרים של "חובבים" שהצליחו להשיג התקדמות משמעותית במדע
    מלבד אולי בתחום המתמטיקה וגם מקרים אילו התרחשו לפני מאות שנים.
    שנית איני סבור שמה שמגיעים אליו באתר הזה הוא הבנה אפילו לא הבנה של הדיוטות ורק
    בשביל לסבר את האוזן, צבי הינו בעל מקצוע בעל הבנה עמוקה באסטרופיסיקה. למי שהוא
    מחוץ לתחום לא רק קשה להבין את הנעשה בתחום אלא קשה לו להבין את הבעיות
    והאילוצים שיש בתאוריות מסוימות.

    לגבי פרופסור וורלינדה אתה מייחס לו גדולה על פי זכיתו בפרס שפינוזה זו דרך
    קצת תמוהה להערכת עבודה מדעית…קצת לגבי עבודתו:
    1. הוא יצא עם עבודתו בסביבות שנת 2010 אגב לקח לו יותר
    משנה לפרסם אותה בעיתון מדעי. מאז במשך יותר מ-4 שנים
    (נצח במושגים אקדמיים) הוא לא פרסם דבר בנושא וכל פירסומיו
    נעשו בתחומים אחרים (יחד עם אחיו התאום שגם הוא פיסיקאי
    בפרינסטון). עבודתו של וורלינדה נתקלה בהתנגדות תיאורטית
    במספר מאמרים ועוד לא ראיתי מאמרים המבטלים את הביקורת על
    התאוריה שלו. דוגמא למאמר השולל את התאוריה של וורלינדה הוא
    מאמר של פרופ' מאט וויסר האוסטרלי.
    2. לא ברור לי ואיך עבודתו של וורלינדה שוללת את קיומו של החומר
    האפל. מה שוורלינדה אומר הוא שניתן לקבל את משוואות ניוטון וגם
    את משוואות אינשטיין מתוך טענות תרמודינמיות על הזמן-מרחב.
    אגב הוא לא הראשון שטוען כך ה"בחור" בשם Thanu Padmanabhan
    שאתה מתייחס אליו (מדען חשבו ומוכר) הגה את הרעיונות הללו לפני וורלינדה.
    אגב הביסוס הרעיוני לעבודתו הללו היא עבודתו פורצת הדרך של פרופ' חעקב
    בקנשטיין על אנטרופיה של חורים שחורים שהיה הראשון להראות קשר בין
    הזמן מרחב לתרמודינמיקה. אחרי בקנשטיין פרופ' ביל אונראו הראה כי ניתן
    למפות בין תאוצה לטמפרטורה.
    4. אגב פרופ' יעקב בקנשטיין כמו רבים אחרים טוענים כי אינם מוצאים ביסוס
    לעבודתו של וורלינדה ולא מבינים על בסיס מה הוא טוען את הטענות שלו.

  2. יוסי

    אני סבור שהדיבורים בתיאוריות הקיימות אינם עמוקים מספיק פיזיקלית. נחוצה תיאוריה ברורה יותר.
    יש לי יומרות לספק אותה. כרגע אני עסוק בדוקטורט באלקטרוניקת הספק בתחומים של תיאוריות מערכת.
    נוכחתי שלא מקשיבים לך אם אינך איש אקדמיה ואין לך תארים מתקדמים, ואנני שולל לגמרי תפיסה זו.
    בדרך הנוכחית קיבלתי כלים לכתיבת מאמרים ופיתוח אקדמי שלא היו לי קודם. מצאתי גם שקבלת מאמרים קשה מאד – מבחן אמיתי. מצאתי גם לצערי שיש עוינות בין עורכים ערבים למדענים ישראליים. אבל זו דיעה אישית ולא אמת מוכחת. כיום אני שולח לעיתונים שהעורך אינו ערבי. וחבל – אני אישית מכיר ומוקיר ערבים שהגיעו להישגים אדירים בישראל ובעולם וחושב שנוכל להתקיים ביחד עם הנהגה נכונה.
    בתחומים אחרים כמו היי טק מקשיבים אם אינך ד"ר. יש לנו עשרות יזמים שהצליחו בתחומים מדעיים שווים. כלומר העולם פתוח אבל קשה.
    אינני צעיר גם, הבשלות הגיעה אצלי מאוחר. תוצאה של שילוב הגעה מבית פועלים שבו הדור הקודם רוצה אבל אין לו את הכלים להכשיר לא לבצע שגיאות בדרך, וחוסר בשלות אקדמית שלי.

    אם יצליח לי אנסה לתת תשובה לשאלות האלה. יצליח זה שילוב של בריאות, פרנסה, שלום בית, נחישות והצלחת המודל התיאורטי. נשתדל לזכור שבאתר הזה הייתם שואלי שאלות נכונות בדרך. אם לא אין לי ספק שמישהו יגיע. הדברים נאמרים בגילוי לב ולא בשחצנות. ייתכן כמובן שאני טועה.

  3. יוסי

    שמחתי לקרוא את תגובותיכם. האמת שיש לי הסבר מתימטי פיזיקלי שאני סבור שהוא נכון.
    כולכם שואלים שאלות נכונות מה שמדגים לדעתי שגם הדיוטות כמונו יכולים להבין.

  4. צבי

    יוסי

    1. יחסות כללית אינה מדברת על עיקומו של המרחב ועיקומו של הזמן כשני אפקטים נפרדים אלא כעל עיקום של המרחב-זמן. ביחסות פשוט לא ניתן לדבר על אחד מהם בלא לדבר על השני – לפיכך עיקומו של המרחב ביחסות מחייב עיקומו של הזמן.
    2. בקירוב של שדות כבידה חלשים העיקום המשמעותי הוא דווקא בזמן, קרי האטת הזמן בשדה כבידה (על האטת הזמן אין עוררין ואף יש לכך ראיות תצפיתיות – למעשה, יש הטוענים כי היחסות הכללית שגויה וכי רק האטת הזמן קיימת ולא עיקום המרחב – אך זוהי טענה מאד לא מקובלת). בכל מקרה, רובם המכריע של העוסקים בדבר סבורים כי היחסות הכללית נכונה בגבול קלאסי ושהמרחב-זמן מתעקם.
    3. בניגוד לנאמר, עיקום המרחב אינו מחייב צירים נוספים מעבר ל-xyz שכן היחסות אינה מניחה מרחב אוקלידי. ייתכן שמימדים נוספים קיימים (ע"פ מיתרים וכדומה) אך לא ניתן להסיק זאת בשום אופן מתוך היחסות הכללית.

    שמוליק,
    באשר לגרוויטון.
    נתחיל בכך שבינתיים אין כל ראיה לקיומו ולא סביר שתמצא כזו בשנים הקרובות. הגרוויטון לגרוויטציה הוא מה שהפוטון לכוח הלאקטרומגנטי כשם שגלי הגרוויטציה הם המקבילה של האור וכיוון שבשלב זה טרם איתרנו ישירות גלי גרוויטציה הרי שאנו רחוקים מאד מלהצליח לאתר את הקוונטוט שלהם אם הוא קיים. כלומר בינתיים כל מה שנאמר על קיומם או אי קיומם של גרוויטונים יוכל להתבסס אך ורק על תיאוריה ללא כל תקווה נראיית לעין לתצפית.

    באשר לקיומו או אי קיומו התיאורטי,
    לפני מספר שנים הטרידה אותי אותה שאלה שאתה מעלה:
    אילו באמת הכבידה אינה כוח אלא השפעה על המרחב, מדוע שהיא תצטרך חלקיק נשא כוח? – הרי ברור לנו איך היא עובדת למרחקים – היא מעקמת את המרחב!
    פניתי לאדם שמבין הרבה מאד בנושא ומסתבר שאני ואתה איננו הראשונים לחשוב על זה וקיומו של הגרוויטון בפירוש אינו תוצאה הכרחית וישירה של תורת היחסות (לא מפתיע, שהרי תורת היחסות היא תורה קלאסית ולא קוונטית).
    אז מדוע סוברים רבי כי קיים גרוויטון?
    המוטיבציה לכך נובעת מתורת שדות קוונטית. תורת שדות קוונטית רגילה נעשיית במרחב אוקלידי. בשלב מסויים החלו ניסיונות להפעיל תורת שדות במרחב עקום, רעיון שתוצאתו החשובה ביותר הינה קרינת בקנשטיין הוקינג. ההנחה הייתה (כפי שמניחים ביחסות) כי המרחב עקום, אך באיזור קטן מספיק הוא בקירוב שטוח וכך ניתן ללמוד מתורת השדות הקוונטית "הרגילה" על התנהגות של תורת השדות במרחב עקום.
    בהמשך הסתבר כי טיפול כזה מניב פרדוקסים, ומתוך אלו הבינו כי עיקומו של המרחב לא יכול להיות חלק, אלא מקוונטט בסקאלות קטנות דיים. קיומו של קוונטוט בעיקום המרחב משמעו גרוויטון – כשם ששינוי מקוונטט בעוצמתו של השדה האלקטרומגנטי משמעו פוטון. אם כך פרדוקסים אלו (שאת טיבם אינני מכיר) מלמדים על קיומו של צורך בקוונטוט המרחב קרי בקיומו של גרוויטון.
    שים לב שהגרוויטון לא ישנה במאום את האפקטים של יחסות כללית שכן אלו חיים בסקאלות גדולות בהם לא רואים את קוונטוט עקמומיות המרחב (כפי שאור ממשיך להתנהג כגל אם לא מסתכלים על ניסויים שמכריכים אותו לגלות את אופיו הקוונטי). מה שקיומו של גרוויטון אומר הוא כי בניסויים מסויימים, עדינים מספיק יתגלה אופי קוונטי לעיקום המרחב בינתיים אנו רחוקים מאד מניסוים כאלו וכמובן, דברים רבים לא ידועים על זה כיוון שאין לנו תורה קוונטית מלאה המאחדת בתוכה את היחסות הכללית.

  5. צבי

    יוסי,

    1. יחסות כללית אינה מדברת על עיקומו של המרחב ועיקומו של הזמן כשני אפקטים נפרדים אלא כעל עיקום של המרחב-זמן. ביחסות פשוט לא ניתן לדבר על אחד מהם בלא לדבר על השני – לפיכך עיקומו של המרחב ביחסות מחייב עיקומו של הזמן.
    2. בקירוב של שדות כבידה חלשים העיקום המשמעותי הוא דווקא בזמן, קרי האטת הזמן בשדה כבידה (על האטת הזמן אין עוררין ואף יש לכך ראיות תצפיתיות – למעשה, יש הטוענים כי היחסות הכללית שגויה וכי רק האטת הזמן קיימת ולא עיקום המרחב – אך זוהי טענה מאד לא מקובלת). בכל מקרה, רובם המכריע של העוסקים בדבר סבורים כי היחסות הכללית נכונה בגבול קלאסי ושהמרחב-זמן מתעקם.
    3. בניגוד לנאמר, עיקום המרחב אינו מחייב צירים נוספים מעבר ל-xyz שכן היחסות אינה מניחה מרחב אוקלידי. ייתכן שמימדים נוספים קיימים (ע"פ מיתרים וכדומה) אך לא ניתן להסיק זאת בשום אופן מתוך היחסות הכללית.

    שמוליק,
    באשר לגרוויטון.
    נתחיל בכך שבינתיים אין כל ראיה לקיומו ולא סביר שתמצא כזו בשנים הקרובות. הגרוויטון לגרוויטציה הוא מה שהפוטון לכוח הלאקטרומגנטי כשם שגלי הגרוויטציה הם המקבילה של האור וכיוון שבשלב זה טרם איתרנו ישירות גלי גרוויטציה הרי שאנו רחוקים מאד מלהצליח לאתר את הקוונטוט שלהם אם הוא קיים. כלומר בינתיים כל מה שנאמר על קיומם או אי קיומם של גרוויטונים יוכל להתבסס אך ורק על תיאוריה ללא כל תקווה נראיית לעין לתצפית.

    באשר לקיומו או אי קיומו התיאורטי,
    לפני מספר שנים הטרידה אותי אותה שאלה שאתה מעלה:
    אילו באמת הכבידה אינה כוח אלא השפעה על המרחב, מדוע שהיא תצטרך חלקיק נשא כוח? – הרי ברור לנו איך היא עובדת למרחקים – היא מעקמת את המרחב!
    פניתי לאדם שמבין הרבה מאד בנושא ומסתבר שאני ואתה איננו הראשונים לחשוב על זה וקיומו של הגרוויטון בפירוש אינו תוצאה הכרחית וישירה של תורת היחסות (לא מפתיע, שהרי תורת היחסות היא תורה קלאסית ולא קוונטית).
    אז מדוע סוברים רבי כי קיים גרוויטון?
    המוטיבציה לכך נובעת מתורת שדות קוונטית. תורת שדות קוונטית רגילה נעשיית במרחב אוקלידי. בשלב מסויים החלו ניסיונות להפעיל תורת שדות במרחב עקום, רעיון שתוצאתו החשובה ביותר הינה קרינת בקנשטיין הוקינג. ההנחה הייתה (כפי שמניחים ביחסות) כי המרחב עקום, אך באיזור קטן מספיק הוא בקירוב שטוח וכך ניתן ללמוד מתורת השדות הקוונטית "הרגילה" על התנהגות של תורת השדות במרחב עקום.
    בהמשך הסתבר כי טיפול כזה מניב פרדוקסים, ומתוך אלו הבינו כי עיקומו של המרחב לא יכול להיות חלק, אלא מקוונטט בסקאלות קטנות דיים. קיומו של קוונטוט בעיקום המרחב משמעו גרוויטון – כשם ששינוי מקוונטט בעוצמתו של השדה האלקטרומגנטי משמעו פוטון. אם כך פרדוקסים אלו (שאת טיבם אינני מכיר) מלמדים על קיומו של צורך בקוונטוט המרחב קרי בקיומו של גרוויטון.
    שים לב שהגרוויטון לא ישנה במאום את האפקטים של יחסות כללית שכן אלו חיים בסקאלות גדולות בהם לא רואים את קוונטוט עקמומיות המרחב (כפי שאור ממשיך להתנהג כגל אם לא מסתכלים על ניסויים שמכריכים אותו לגלות את אופיו הקוונטי). מה שקיומו של גרוויטון אומר הוא כי בניסויים מסויימים, עדינים מספיק יתגלה אופי קוונטי לעיקום המרחב בינתיים אנו רחוקים מאד מניסוים כאלו וכמובן, דברים רבים לא ידועים על זה כיוון שאין לנו תורה קוונטית מלאה המאחדת בתוכה את היחסות הכללית.

  6. שמוליק

    יוסי,
    חס וחלילה אם אתה סבור שאני מנסה להפיל אותך בפח או משהו כזה, פשוט אני לא מצליח להבין איך הזמן עצמו אמור להיות מושפע תחת הכבידה האנטרופית ותהיתי אם מפתח התיאוריה התייחס לנושא.
    כאן ובפורומים אחרים תהיתי לגבי הגרוויטון (אם קיים) ואיך הוא אמור לעבוד, איך הגרוויטון אמור להשפיע על הזמן והאם קיומו יפריך את עיקום המרחב שתורת היחסות צופה (הרי מדוע המרחב צריך להיות מעוקם אם יש לנו בוזון שמטפל בנושא)
    יאללה, שיהיה בהצלחה לכבידה האנטרופית

  7. יוסי

    הרגע קלטתי שאתה מנסה להתרשם אם אני מתמצא ביחסות כללית. frame dragging אם אינני טועה זה סחיפת המרחב ע"י המסות הנעות. דילול זמן – זה הזמן המשתנה בתלות בכוח הכבידה, ומרחב מעוקם זה מרחב עם ציר אורכי נוסף על XYZ. לא למדתי יחסות כללית באוניברסיטה, אבל לימדתי את עצמי מספרים מקצועיים וספרים פופולריים. רבים סבורים שזה חובבני אך אני מתייחס לכך ברצינות. למדתי אלגברה של טנסורים, גיאומטריה רימאנית, גיאומטריה דיפרנציאלית במידה מוגבלת וזרימת ריצ'י במידה מוגבלת.

    ההתמחות שלי זה יותר קוונטים, קרינה אלקטרו-מגנטיות, המודל הסטנדרטי, מיתרים (מה שמעבר) חבורות בקוונטים, שדות קוונטיים וקוונטיזציה שדה.

  8. יוסי

    בחור בשם Thanu Padmanabhan כנראה הראה דואליות בין כבידה אנטרופית לעיקום המרחב.
    לגבי זמן משתנה בתלות במהירות מערכת הייחוס, בזה אני לא מבין.

    אני מסכים איתך שהאיחוד בין יחסות כללית לכבידה אנטרופית לא הסתיים – אולי רק התחיל.
    העבודה זכתה בפרס שפינוזה 2009 או 2010, ובמענק מחקר 2.5 מיליון יורו. אני מניח לכן שהיא התקבלה ע"י
    הקהילה האקדמית כרצינית מאד. לא מחלקים כאלה סכומים ופרסים סתם.

  9. יוסי

    הטענה של וורלינד היא שהכבידה איננה כוח יסודי אלא כוח אנטרופי. לפיכך היא אינה קיימת בממדים של הכוחות הגרעיניים חלש, חזק, אבל היא קיימת ברמה המאקרוסקופית. אזי היא ניתנת לגישור עם תורת היחסות הכללית ולא סותרת אותה.
    ניסו לאחד את היחסות הכללית עם כבידה אנטרופית
    http://en.wikipedia.org/wiki/Entropic_gravity

    התוצאה הנוכחית (2014) היא שניתן לגזור יחסות כללית מכבידה אנטרופי ע"י הרחבה תיאורטית אבל תוך כדי
    הטלת אילוצים של שימור אנרגיה ושימור תנע. בהיעדר אילוצים אלה, קיים מרחב פתרונות רחב יותר מיחסות כללית, כנגזרים מכבידה אנטרופית. תוצאה זו מחייבת מחקר נוסף. אילו הפתרון היחיד האפשרי היה יחסות כללית – היה נחמד.
    קיומם של פתרונות נוספים שאינם נצפים בטבע, או אם נייפה פחות: ההכרח לאלץ שימור תנע ואנרגיה ע"מ לקבל יחסות
    נראה לא מושלם. יפה שעלית על נקודה זו שהיא ביקורת מרכזית על התיאוריה.

  10. שמוליק

    יוסי,
    חכה שניה עם פרס הנובל…
    תורת היחסות מתארת עיקום מרחבי, דילול זמן ו- frame dragging כתוצאה מכבידה. אם נעזוב לרגע את עיקום המרחב, כיצד אנטרופיה כבידתית מסבירה את השני האחרונים?

  11. יוסי

    הלכתי קצת רחוק עם החיזוי על וורלינד. זו דעתי. אי אפשר לנבא זוכה פרס נובל.

  12. יוסי

    מעולה. זה מראה שאכן מ 2010 שאז הועלתה לראשונה התיאוריה של gravitation entropy כלומר תיאוריה רצינית עם בסיס תיאורטי חזק, החילחול לזרם המרכזי בפיזיקה היה מהיר מאוד, ארבע שנים, בנושא שאין צורך בחומר אפל. לפני 2010 היו תיאוריות אחרות modified gravity אך הן לא תפסו. פרופסור וורלינד – אני מהמר – האיינשטיין של תחילת המאה ה 21. אולי אני טועה. בפיזיקה לוקח 20 שנה עד שמעניקים פרס כמו נובל על פיזיקה תיאורטית. אפילו יותר.

הוספת תגובה

  • (will not be published)