Gina Isar

Prima gaură neagră descoperită este mai masivă decât se credea

de
Reprezentare artistică a sistemului binar Cygnus X-1. Foto Credit: International Centre for Radio Astronomy Research, Australia

Noi observații ale primei găuri negre descoperite i-a făcut pe astronomi să se întrebe ce știu de fapt despre aceste extrem de misterioase obiecte din Univers.

Lucrarea publicată în revista Science arată că sistemul binar Cygnus X-1 conține cea mai masivă gaură neagră stelară detectată vreodată prin alte metode decât undele gravitaționale.

Gaura neagră din Cygnus X-1 este printre cele mai apropiate de Pământ. A fost descoperită în 1964 de o pereche de detectoare Geiger aflate la bordul unei rachete sub-orbitale lansate din New Mexico.

Obiectul a fost în 1974 subiectul unui faimos pariu științific între fizicienii Stephen Hawking și Kip Thorne. Hawking a pariat că nu este o gaură neagră și și-a recunoscut ulterior înfrângerea în 1990.

În articol, o echipă internațională de astronomi a folosit rețeaua de radiotelescoape VLBA-Very Long Baseline Array (10 antene parabolice răspândite pe întreaga suprafață a Statelor Unit ale Americii) și o tehnică inteligentă pentru a măsura distanțele în spațiu.

“Dacă vedem un obiect din diferite poziții putem să calculăm distanța până la el măsurând cât de mult pare că s-a deplasat față de fundal”, spune autorul principal, prof. James Miller-Jones de la Universitatea Curtin si Centrul Internațional pentru Cercetare în Radioastronomie (ICRAR) din Australia.

“Dacă ținem un deget în fața ochilor și ne uităm la el cu un singur ochi, alternativ, degetul pare că se deplasează. Este exact același principiu.”

Timp de șase zile în 2016 cercetătorii au observat o orbită întreagă a găurii negre și au folosit de asemenea observații mai vechi, făcute în 2009-2010. “Această metodă și noile date arată că sistemul binar Cygnus X-1 este mai departe decât se credea, iar gaura neagră este mai masivă.”, declară prof. James Miller-Jones.

Prof. Ilya Mandel de la Universitatea Monash si Centrul ARC pentru Excelență în Descoperirea Undelor Gravitaționale (OzGrav) din Australia conchide că această gaura neagră este atât de masivă încât pune la încercare teoriile astronomilor despre cum s-au format astfel de obiecte.

“Stelele pierd masă în mediul înconjurător prin asa-numitul vânt stelar care bate dinspre suprafața lor. Dar ca să se poată forma o gaură neagră cu o masă atât de mare este nevoie ca stelele să piardă o cantitate de materie relativ redusă de-a lungul vieții lor”, spune el.

“Gaura neagră din sistemul binar Cygnus X-1 a fost întâi o stea cu masa de aproximativ 60 de ori mai mare decât cea a Soarelui, apoi a colapsat cu zeci de mii de ani în urmă”, continua el. “Acum gaura neagră și steaua companion, o super-gigantă, au o orbită cu o perioadă de doar cinci zile și jumătate și o distanță între ele de aproape o cincime din distanța dintre Pamânt și Soare. Conform noilor observații gaura neagră este de peste 20 de ori mai masivă decât Soarele, cu aproape 50% mai mult decât se credea până acum.”

Xueshan Zhao, studentă doctorală la Observatorul Astronomic Național al Academiei Chineze de Științe din Beijing, spune despre rezultate: “Folosind noile informații despre masa găurii negre și distanța față de Pământ am putut confirma că acest obiect compact se rotește în jurul axei proprii incredibil de rapid, cu o viteză apropiată de cea a luminii, mai rapid decât oricare altă gaură neagră descoperită până acum.”

“Sunt la începutul carierei în cercetare și apartenența la o echipă internațională și contribuția la îmbunătățirea proprietăților cunoscute ale primei găuri negre descoperite au constituit o mare oportunitate pentru mine”, continuă ea.

Anul următor va începe în Australia și Africa de Sud construcția celui mai mare radiotelescop din lume, Square Kilometre Array (SKA).

“Studiul găurilor negre este o tentativă de a afla unele dintre cele mai bine păstrate secrete ale Universului; este pe cât de dificil, pe atât de incitant”, concluzionează prof. Miller-Jones.

„Pe măsură ce noua generație de radiotelescoape devine utilizabilă, sensibilitatea crescută a acestora va arăta Universul în detalii mai fine răsplătind astfel zeci de ani de eforturi depuse de cercetători și ingineri din toată lumea în încercarea lor de a înțelege mai bine cosmosul și obiectele exotice ori extreme care îl populează.

Este o perioadă foarte bună pentru astronomi.”

Pe lângă articolul din Science, două alte studii axate pe anumite detalii au fost publicate în revista The Astrophysical Journal.

Publicația originală
“Cygnus X-1 contains a 21-solar mass black hole – implications for massive star winds”, Science, 18 Februarie 2021
https://science.sciencemag.org/content/early/2021/02/17/science.abb3363

Articole companion
“Re-estimating the spin parameter of the black hole in Cygnus X-1”, 2021, The Astrophysical Journal, 908, 117
“Wind mass-loss rates of stripped stars inferred from Cygnus X-1”, 2021, The Astrophysical Journal, 908, 118

Persoană de contact (ISS): Dr. Fiz. Valeriu Tudose <tudose@spacescience[dot]ro>

Galerie foto:

Animație


Sistemul Cygnus X-1 format dintr-o gaură neagră stelară și o stea companion gigantă. Observații recente făcute cu radiotelescoape au arătat că sistemul este cu 20% mai departe decât se credea. Gaura neagră din sistem are prin urmare o masă de 21 de ori mai mare decât Soarele, fiind astfel cea mai masivă gaură neagră stelară detectată până acum prin alte mijloace decât undele gravitaționale. Credit: International Centre for Radio Astronomy Research, Australia

Release of Open Data on the Highest-Energy Cosmic Rays by the Pierre Auger Observatory

de
Foto Credit: Pierre Auger Observatory

The Pierre Auger Collaboration is releasing 10% of the data recorded using the world’s largest cosmic ray detector. These data are being made available publicly with the expectation that they will be used by a wide and diverse community including professional and citizen-scientists and for educational and outreach initiatives. While the Auger Collaboration has released data in a similar manner for over a decade, the present release is much wider with regard to both the quantity and type of data, making them suitable both for educational purposes and for scientific research. The data can be accessed at www.auger.org/opendata [1]

Operation of the Pierre Auger Observatory, by a Collaboration of about 400 scientists from over 90 institutions in 18 countries across the world, has enabled the properties of the highest-energy cosmic rays to be determined with unprecedented precision. These cosmic rays are predominantly the nuclei of the common elements and reach the Earth from astrophysical sources. The data from the Observatory have been used to show that the highest-energy particles have an extra-galactic origin. The energy spectrum of cosmic rays has been measured beyond 1020 eV, corresponding to a macroscopic value of about 16 joules in a single particle. It has been demonstrated that there is a sharp fall of the flux at high energy, and emerging evidence of emission from particular near-by sources has been uncovered. Analyses of the data have allowed characterisation of the type of particles that carry these remarkable energies, which include elements ranging from hydrogen to silicon. The data can also be used to test particle physics at energies beyond the reach of the LHC.

At the Pierre Auger Observatory [2], located in Argentina, cosmic rays are observed indirectly, through extensive air-showers of secondary particles produced by the interaction of the incoming cosmic ray with the atmosphere. The Surface Detector of the Observatory covers 3000 km² and comprises an array of particle detectors separated by 1500 m. The area is overlooked by a set of telescopes that compose the Fluorescence Detector which is sensitive to the auroral-like light emitted as the air-shower develops, while the Surface Detector is sensitive to muons, electrons and photons that reach the ground. The data from the Observatory comprises the raw ones, obtained directly from these and other instruments, through reconstructed data sets generated by detailed analysis, up to those presented in scientific publications. Some of the data are routinely shared with other observatories to allow analyses with full-sky coverage and to facilitate multi-messenger studies.

As pointed out by the spokesperson, Ralph Engel, “the data from the Pierre Auger Observatory, which was founded more than 20 years ago, are the result of a vast and long-term scientific, human, and financial investment by a large international collaboration. They are of outstanding value to the worldwide scientific community.” By releasing data and analysis programs to the public, the Auger Collaboration upholds the principle that open access to the data will, in the long term, allow the maximum realization of their scientific potential.

The Auger Collaboration has adopted a classification of four levels of complexity of their data, following that used in high-energy physics, and adapted it for its open-access policy:

(Level 1) Open-access publication with additional numerical data provided to facilitate re-use [3];

(Level 2) Regular release of cosmic-ray data in a simplified format, for education and outreach. This began in 2007 when 1% of the data was released and increased to 10% in 2019 [4];

(Level 3) Release of reconstructed cosmic-ray events, selected with the best available knowledge of the detector performance and conditions at the time of data-taking. Example codes derived from those used by the Collaboration for published analyses are also provided [5];

(Level 4) Release of close-to-raw data associated with those events. An event-display, and codes to read these data, are also provided [6].

The last two levels of information are added in the present release [1], which includes data from the two major instruments of the Observatory, the 1500 m array of the Surface Detector and the Fluorescence Detector. The dataset consists of 10% of all the events recorded at the Observatory, subjected to the same selection and reconstruction procedures used by the Collaboration in recent publications. The periods of data recording are the same as used for the physics results presented at the International Cosmic Ray Conference held in 2019. The examples of analyses use updated versions of the Auger data sets, which differ slightly from those used for the publications because of subsequent improvements to the reconstruction and calibration. On the other hand, as the fraction of data which is now available is currently 10% of the actual Auger data sample, the statistical significances of measured quantities are reduced with respect to what can be achieved with the full dataset, but the number of events is comparable to what was used in some of the first scientific publications by the Auger Collaboration.

The Pierre Auger Collaboration is committed to its open data policy, in order to increase the diversity of people accessing scientific data and so the common scientific potential for the future.

Links:

[1] https://www.auger.org/opendata/

[2] https://www.auger.org

[3] https://www.auger.org/index.php/science

[4] https://labdpr.cab.cnea.gov.ar/ED/

[5] https://www.auger.org/opendata/analysis.php

[6] https://www.auger.org/opendata/display.php?evid=81847956000

Photos of the Pierre Auger Observatory (CC BY-SA 2.0):

https://www.flickr.com/photos/134252569@N07/21948576246/in/album-72157656013297308/

PA_174

PA_071

PA_174

 

Publicarea Datelor Deschise ale Observatorului Pierre Auger privind razele cosmice de cea mai înaltă energie

de
Foto Credit: Pierre Auger Observatory

Observatorul Pierre Auger publică 10% din datele înregistrate utilizând cel mai mare detector de radiații cosmice din lume. Aceste date sunt făcute publice în vederea utilizării lor de o comunitate cât mai largă și diversă, cuprinzând cercetători profesioniști și amatori, pentru inițiative de cercetare, educaționale și de outreach.

Colaborarea Pierre Auger a pus la dispozitia publicului larg datele colectate într-o manieră asemănătoare de mai bine de un deceniu, însa modul actual de publicare este mult mai performant în ceea ce privește calitatea și tipul de date, făcându-le utilizabile atât în scopuri educaționale cât și în cercetarea științifică. Datele pot fi accesate la adresa: www.auger.org/opendata [1]

Operarea Observatorului Pierre Auger de către o Colaborare de aproximativ 400 de oameni de știință din peste 90 de instituții din 18 țări din întreaga lume a condus la determinarea proprietăților razelor cosmice cu energiile cele mai înalte și cu o precizie fără precedent. Aceste particule cosmice sunt predominant nuclee ale elementelor obișnuite care ajung pe Pământ de la surse astrofizice. Datele de la Observator au fost utilizate pentru a demonstra că particulele de cea mai înalta energie au origine extragalactică. Spectrul de energie al razelor cosmice măsurate depășește 1020 eV ceea ce corespunde unei valori macroscopice de aproximativ 16 Jouli pentru o singura particulă. S-a demonstrat că există o scădere accentuată a fluxului de particule la energii înalte și există dovezi preliminare ale emisiei de la surse specifice din apropiere. Analizele datelor au permis caracterizarea tipului de particule cu asemenea energii remarcabile, care includ elemente de la hidrogen la siliciu. Datele pot fi deasemenea utilizate pentru a testa fizica particulelor la energii peste cele obținute la LHC.

La Observatorul hibrid Pierre Auger [2], localizat în Argentina, radiația cosmică este observată indirect, prin intermediul jerbelor de particule secundare produse la interacția particulei primare incidente cu atmosfera. Detectorul de Suprafață a Observatorului acoperă o arie de 3000 km2 și este alcătuit dintr-o rețea de detectori individuali de particule amplasați la o distanță de 1500 m unul de celălalt. Intregul Observator este încadrat de telescoapele care compun Detectorul de Fluorescență, sensibile la lumina de fluorescență, asemănătoare aurorelor, emisă pe masură ce jebele atmosferice se dezvoltă. Detectorul de Suprafață este sensibil la muonii, electronii și fotonii care ajung la nivelul solului. Datele de la Observator cuprind date brute (obținute direct de la aceste instrumente), seturi de date reconstruite generate prin analize detaliate și date prezentate în publicații științifice. Unele date sunt partajate în mod obișnuit cu alte observatoare pentru a permite efectuarea de analize utilizând multiple experimente care astfel acoperă tot cerul și pentru a facilita studii multi-mesager. 

După cum a subliniat purtătorul de cuvânt al colaborării, Ralph Engel, “datele de la Observatorul Pierre Auger, care a fost înființat acum mai bine de 20 de ani, sunt rezultatul unei investiții științifice, umane și financiare mari și de lungă durată de către o colaborare internațională foarte extinsă” ele fiind de o valoare remarcabilă la nivelul comunității științifice din întreaga lume”. Prin publicarea datelor și a programelor de analiză Colaborarea Auger îmbrățișează principiul conform căruia accesul deschis la date va permite, pe termen lung, valorificarea maximă a potențialului lor știintific.

Colaborarea Auger a adoptat o clasificare pe 4 nivele de compexitate a datelor, în raport cu cele utilizate în fizica energiilor înalte, și a adaptat-o la politica sa de acces public deschis.

(Nivelul 1) Publicații cu acces deschis cu date numerice suplimentare oferite pentru a facilita re-utilizarea lor [3];

(Nivelul 2) Publicarea periodică de date într-un format simplificat, pentru educație și outreach. Aceasta a inceput în 2007 când au fost publicate 1% din date, procent care a crescut la 10% în 2019 [4];

(Nivelul 3) Publicarea de date care reconstruiesc evenimentele produse de raze cosmice, obținute cu cele mai bune cunoștințe disponibile despre performanța detectorului și a condițiilor de la momentul înregistrării datelor. Exemple de coduri derivate din cele utilizate de Colaborare pentru publicarea analizelor sunt de asemenea oferite [5];

(Nivelul 4) Publicarea de date apropriate de cele brute asociate cu evenimentele înregistrate. Un browser de afișare a evenimentelor si coduri de citire a datelor sunt de asemenea disponibile [6].

Ultimele nivele de informații adăugate în prezent [1] includ date de la două instrumente majore ale Observatorului: Detectorul de Suprafață dispus pe 1500 m2 și Detectorul de Fluorescență. Setul de date constă în 10% din toate evenimentele înregistrate la Observator, supuse acelorași proceduri de selecție și reconstrucție utilizate de Colaborare în publicații recente. Perioadele de înregistrare a datelor sunt aceleași cu cele utilizate pentru obținerea rezultatelor științifice prezentate la Conferința Internațională de Radiație Cosmică care a avut loc în 2019. Exemplele de analize folosesc versiuni actualizate de seturi de date Auger, care diferă ușor de cele utilizate pentru publicații din cauza unor îmbunătățiri ulterioare a reconstrucției și calibrării. Pe de altă parte, cum procentul de date disponibil public momentan este de 10% din baza de date Auger, semnificația statistică a cantităților măsurate este redusă, relativ la ceea ce poate fi obținut cu o bază de date completă, dar numarul de evenimente este comparabil cu cel utilizat în câteva din primele publicații științifice ale Colaborării Pierre Auger.

Colaborarea Pierre Auger dorește să continue politica sa de a face publice datele experimentale în scopul accesului publicului larg și divers la acestea, pentru creșterea potențialului științific comun în viitor.

Link-uri:

[1] https://www.auger.org/opendata/

[2] https://www.auger.org

[3] https://www.auger.org/index.php/science

[4] https://labdpr.cab.cnea.gov.ar/ED/

[5] https://www.auger.org/opendata/analysis.php

[6] https://www.auger.org/opendata/display.php?evid=81847956000

Fotografii ale Observatorului Pierre Auger (CC BY-SA 2.0):

https://www.flickr.com/photos/134252569@N07/21948576246/in/album-72157656013297308/

PA_174

PA_071

https://www.flickr.com/photos/134252569@N07/1946

In memoriam Dr. Dumitru Hașegan

de
Dumitru Hașegan (1943-2021)
Dumitru Hașegan (1943-2021)

A big heart stopped beating. It is with sadness that we report the passing of Dr. Dumitru Hașegan on January 14th, 2021.

Dumitru (Ticu) Hașegan was the former Director of the Institute of Space Science (ISS), Măgurele, Romania, and full member of the International Academy of Astronautics (IAA).

Dr. Dumitru Hașegan acted as the Romanian representative in the ESA Science Programme Committee (SPC). He signed the Multi-Lateral Agreement (MLA) for ESA/Euclid Mission and acted as member of the Euclid Mission Steering Committee.

During his entire career, Dr. Hașegan struggled to impose the Space Sciences development in Romania, without neglecting related fields such as nuclear, high energy and medical physics.

Dr. Hașegan was also the leader of the first Romanian experiment onboard the International Space Station.

As Director of the ISS he succeeded in building a Romanian top research institute, even if the circumstances were not always favorable. Dr. Hașegan used to say to colleagues: “Keep your research going, I will take care of the rest”.

The main ISS auditorium, also build under his mandate, will bear from now on his name.

The ISS team send sincere condolences to the family and the scientific community for the immense loss.

May God give him peaceful and eternal rest!

In memoriam Dr. Dumitru Hașegan

de
Dumitru Hașegan (1943-2021)
Dumitru Hașegan (1943-2021)

O mare inimă a încetat să mai bată. Cu tristete anunțăm că Joi, 14 Ianuarie 2021, Dr. Ing. Dumitru Hașegan a trecut la cele veșnice. Dumitru (Ticu) Hașegan a fost director al Institutului de Știinte Spațiale (ISS) de la București-Măgurele, în perioada 1990-2011.

Dr. Hașegan a fost membru deplin al Academiei Internaționale de Astronautică și reprezentant al României în Comitetul pentru Programe Științifice (SPC) al Agenției Spațiale Europeane (ESA). In particular, a semnat din partea României acordul multilateral cu ESA pentru Misiunea Euclid și a fost membru în Comitetului de Conducere al acesteia.

Pe toată durata carierei sale, Dr. Hașegan a susținut dezvoltarea domeniului de știinte spațiale în România, fără a neglija fizica nucleară, fizica energiilor înalte și fizica medicală.

Dr. Hașegan a fost liderul primului experiment românesc la bordul Stației Spațiale Internaționale.

În calitatea sa de director al ISS, Dr. Hașegan a reușit să construiască un institut de cercetare de top în România, chiar și atunci când circumstanțele nu erau în totalitate favorabile. Dânsul obișnuia să spună colegilor: “Voi continuați-vă cercetările, de restul mă voi ocupa eu”.

Amfiteatrul ISS, construit în perioada manadatului dumnealui, îi va purta numele.

„Cred că satisfacția maximă provine din alegerea drumului în viață care a produs atât satisfacțiile profesionale, cât și cele umane. În domeniul cercetării spațiului cosmic am realizat experimente la bordul a 9 sateliți și 3 stații spațiale. Participarea la programul științific al primului cosmonaut român, Dumitru Dorin Prunariu, cu experimente proprii sau în colaborare, a însemnat un moment de satisfacție majoră. Iar ieșirea în spațiul cosmic în 2011 cu primul experiment românesc la bordul Stației Spațiale Internaționale a însemnat o încununare a activității de cercetare. O satisfacție majoră a provenit și din participarea la echipa care, în anul 1984, a descoperit experimental un nou tip de radioactivitate: emisia spontană a nucleelor de Neon-24 din izotopii Thoriu-230, Protactiniu-231 și Uraniu-233. Și o mare satisfacție a însemnat înființarea, în 1990, a Institutului de Științe Spațiale din București care a devenit un institut important în peisajul cercetării științifice din țară și din Europa prin realizările sale și colaborările internaționale la care participă.”, a relatat Dr. Ing. Dumitru Hașegan într-un interviu acordat pentru Q Magazine în 2017.

Cu profundă durere, conducerea și colectivul ISS transmite pe această cale sincere condoleanțe familiei îndurerate și comunității științifice, pentru imensa pierdere.

Dumnezeu sa-i dea odihna cea veșnică!

Femei de Știință din Astrofizica Nucleară

de
© COST/ChETEC. Traducere realizată de Gina Isar și Andeea Font

Calendar 2021. Prezentat de Acțiunea COST ChETEC.

Scopul nostru este de a onora, încuraja și educa. A onora femeile care au influențat dezvoltarea Astrofizicii Nucleare. A incuraja tinerii să aleagă Astrofizica Nucleară în cariera lor, și a le prezenta bune modele. A educa comunitatea științifică și publicul larg despre rolul important pe care femeile l-au avut și-l au în dezvoltarea Astrofizicii Nucleare.

Astrofizica Nucleară este o fuziune între fizică nucleară teoretică și experimentală, astronomie observațională, modelare astrofizică și teorie cosmologică. Femeile de știință sunt o parte esențială a dezvoltării acestor domenii, realizând contribuții importante sub forma unor observații astronomice, identificări vizuale și spectroscopice, cataloage și clasificări de stele, predicții și descoperiri de obiecte stelare, proiecție și construcție de instrumentație, descoperiri teoretice și experimentale de materiale nucleare, explicații fizice, derivații matematice și interpretări chimice ale multor obiecte – galactice și extra-galactice.

Oricine beneficiază de modele. Modelele feminine reduc impactul amenințării femeilor cu stereotipuri, i.e. de a risca să se conformeze unui stereotip negativ cu privire la grupul social, de gen sau rasial [1,2]. Acesta poate conduce femeile de știință la slabe performanțe sau la abandonarea carierei științifice din cauza stereotipurilor negative precum, nu ar fi atât de talentate sau interesate de știință ca bărbații. Din păcate, istoria oferă rar modele pentru femeile din știință; în schimb, face foarte des aceste femei invizibile [3]. Ca raspuns la această situație, prezentăm o selecție de doisprezece femei exemplare care au ajutat la dezvoltarea Astrofizicii Nucleare.

Pentru acest proiect, au fost identificate trei categorii de fotografii importante: din cariera-timpurie, cariera-medie și fotografii în actiune. Efortul nostru a fost depus în scopul de a atrage tinerii, considerând adecvate astfel fotografiile din cariera timpurie. A vedea spre exemplu, cum arăta un Laureat al Premiului Nobel la vârsta sa de 20 de ani, este important când încerci să atragi tinerii la vârsta de 20 de ani. Astfel sunt furnizate vizual modele pentru a răspunde la o întrebare mai generală: Cum arată un om de știință? Răspunsul pe care sperăm să-l fi generat în mintea tinerilor savanți de azi ar fi urmatorul: Un om de știință arată exact ca mine! Fotografiile din cariera-medie sunt fotografii luate în perioada de vârf a carierei științifice. Ele arată o femeie mai matură care poate fi recunoscută în diverse grupuri științifice. Fotografiile în acțiune sunt deasemeni importante, deoarece ele plasează omul de știință în contextul muncii sale din laborator sau observator.

Această informație este prezentată într-un poster [4], a cărui copie poate fi descarcată gratis la adresa [www.chetec.eu]. Articolul corespunzător a fost publicat în volumul “the Springer Proceedings in Physics” [5]. Acest calendar, care este tradus în 24 de limbi, inclusiv în limba română – disponibil  aici, este completarea obiectivului final al proiectului nostru.

Traducerea în limba română este realizată de Gina Isar (ISS) și Andeea Font (Liverpool Joohn Moores University/UK).

Calendarul va fi prezentat – în premieră – în cadrul eventului Noaptea Cercetătorilor – DoReMiRo – București.

Comunicatul de presă disponibil în limba engleză și română poate fi găsit aici.

Persoană de contact (ISS): Dr. Fiz. P. Gina Isar <isar@spacescience[dot]ro>, Responsabil Instituțional în ChETEC

Referințe:

[1] M. Lugaro … P. G. Isar et al., “Women Scientists Who Made Nuclear Astrophysics”, Poster presented at the 15th International Symposium on Nuclei in the Cosmos, Assergi, L’Aquila, Italy, June 24-29, 2018.

[2] Hampton C.V. .. Isar P. G. et al. „Women Scientists Who Made Nuclear Astrophysics”, Nuclei in the Cosmos XV, pp 367 372, 2019. Springer Proceedings in Physics, book series (SPPHY, volume 219).

Călătoria prin Univers a particulelor de radiație cosmică: de la sursă extra-galactică la detecția indirectă de pe Pământ

de
Ilustrație artistică. ©Lucian Muntean/ Gina Isar/ISS

Cercetare și artă contemporană prin pictură.

Lucrare realizată de artistul Lucian Muntean în colaborare cu Gina Isar (ISS), în cadrul proiectului Noaptea Cercetătorilor 2020 „Doing Research at Midnight in ROmania” – DoReMi-RO.

Abstract
Razele cosmice sunt particule subatomice care își au originea în galaxia noastră sau într-o extragalaxie. Sursele lor pot fi cele mai violente corpuri cosmice, precum o gaură neagră sau o supernovă. Particulele primare de radiații cosmice pot fi de la nuclee de hidrogen până la nuclee de fier, care pot atinge energii ultra înalte de până la 10^20 eV. La intrarea în atmosferă a unei astfel de particule cosmice, la interacția cu atomi și molecule din atmosferă, aceasta se dezintegrează printr-o cascadă în avalanșă într-o succesiune de alte particule secundare elementere, precum electroni, miuoni, neutrini etc. Atmosfera devine așadar calorimetrul nostru natural pentru observarea așa-numitelor jerbe atmosferice, care prin intermediul lor radiațiile cosmice primare sunt detectate indirect de pe Pământ, prin diferite tehnici de detecție, care măsoară particulele secundare ce ajung la sol (i.e. detectori hibrizi la sol), care observă noaptea fără lună plină radiația UV produsă în atmosferă prin excitarea moleculelor de azot de către electronii și pozitronii jerbelor atmosferice (i.e telescoape optice), care înregistrează undele electromagnetice produse prin devierea electronilor și pozitronilor în câmpul magnetic al Pământului (i.e. antene radio). Toate aceste ipostaze și metode de detecție se regăsesc în câteva ilustrații artistice realizate în acuarelă, cu aplicație la Observatorul Pierre Auger, cel mai mare experiment de radiație cosmică din lume, localizat în pampasul argentinian, lângă orașul Malargüe, o zonă fără poluare industrială sau alte perturbări luminoase sau sonore, cu condiții de mediu prielnice pentru măsurători indirecte ale mesagerilor cosmici, utilizând tehnici hibride și complementare de detecție pe o suprafață de 3000 km^2.

Demersul artistic
Pentru a realiza aceste ilustrații artistice, care să evidențieze cele menționate mai sus, a fost nevoie în primul rând să înțeleg tot acest proces elaborat, de la generarea radiațiilor cosmice, traseul lor prin Univers și dispersia sub formă de jerbe în atmosfera Pământului, apoi detecția lor la sol. În perioada de documentare, care a durat mai bine de o lună, Gina Isar, specialist în aceste probleme, mi-a furnizat articole, reprezentări grafice și aspecte tehnice despre aparatura de detecție, dar mai ales mi-a explicat în detaliu și mi-a răspuns la toate nelămuririle. A urmat partea de lucru efectiv, care a fost în sine o nouă provocare și anume de a transpune în imagini vizuale aspecte și detalii care practic sunt invizibile.
E paradoxal cum funcționează creierul uman, cum poți prin intermediul imaginației și al creativității să faci o așa călătorie grozavă, de la o gaură neagră de undeva din Univers să străbați galaxia până în Argentina, la Observatorul Pierre Auger, în interiorul tancului de detecție și al ochiului telescopului, tu fiind defapt acasă, în București…
A rămas ca tot ceea ce am vizualizat în minte să transpun pe hârtia de acuarelă. Era fascinant să văd cum în pelicula de apă de pe suprafața colii de hârtie, culoarea rămasă în urma pensulei făcea să apară treptat gaura neagră, fascicolul de radiații, stelele și corpurile cerești din galaxie, apoi jerba în cascadă la intrarea radiațiilor în atmosfera terestră, laserul de calibrare al telescoapelor, a căror ochiuri detectau semnal, rețeaua tancurilor de detecție cu apă pură și ce se întâmplă în ele, cu antenele în emisie și toate astea într-un peisaj arid al pampasului argentinean, pe timp de noapte.
Au rezultat șase lucrări secvențiale de dimensiune 30×40 cm și o lucrare finală pliabilă, ce redă o secțiune pe vertical, de dimensiune 21×140 cm.

Copyright: Lucian Muntean/ Gina Isar/ISS

Notă: Aceste ilustrații artistice pot fi preluate pentru a fi utilizate exclusiv în scopuri educaționale și de conștientizare a fizicii ilustrate. Sursa ilustrațiilor și creditul autorilor este absolut necesar a fi menționat la utilizare.

Persoană de contact (ISS): Dr. P. Gina Isar <isar[at]spacescience[dot]ro>

Galerie foto:

„Noaptea Cercetătorilor” – Ediția 2020

de

În data de 27 noiembrie 2020, în cadrul evenimentului european Noaptea Cercetătorilor “Doing Research at Midnight in ROmania – DoReMi-RO”, organizat la București de șapte institute de cercetare de pe Platforma de Fizică de la Măgurele (Institutul Național de Cercetare pentru Fizica Laserilor, Plasmei și  Radiației,  Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Pământului, Institutul de Fizică Atomică, Institutul Național de Cercetare Dezvoltare pentru Fizica Materialelor,  Institutul de Științe Spațiale, Măgurele (ISS), Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Optoelectronică, Institutul Național de Fizică și Inginerie Nucleară „Horia Hulubei”) și Facultatea de Fizică a Universității București, ISS contribuie anul acesta cu o varietate de activități online alături de parteneri, împreuna cu noi colaboratori naționali, invitați speciali și parteneri media, dupa cum urmează:

ISS

  1.  Planterrella – Un dispozitiv experimental care permite simularea în condiții de laborator a interacției dintre plasma vântului solar și câmpul magnetic al Terrei
  2.  Starwalker – Centrul de competență pentru antrenarea asistată de calculator cu reacție informațională ca suport pentru zborul spațial uman. Activităţi spaţiale şi perspective/oportunităţi pentru tineri. Scopul şi sensul activităţilor spaţiale pentru contramăsuri
  3. Emulsiile nucleare de-a lungul timpului – Gloria trecutului, Declin și Renaștere. Portret Maria Haiduc
  4. Știință și artă contemporană prin muzică: Perspectrum – O instalație audio vizuală realizată în cadrul proiectului FUZION, în 2019, de Cătălin Crețu (UNMB) în colaborare cu Gina Isar (ISS) și Marian Zamfirescu (INFLPR)
  5. Știință și artă contemporană prin pictură: O călătorie prin Univers a particulelor de radiație cosmică de la sursă extra,-galactică la detecția indirectă de pe Pământ, lucrare realizată în 2020, de Lucian Muntean în colaborare cu Gina Isar (ISS)
  6. Cercetare și documentare/informare: Calendar Științific Internațional – “Femei de Știință din Astrofizica Nucleară” – varianta în limba română, realizat în cadrul proiectului ChETEC.
  7. Experimente demonstrative
  8. Aplicații interactive

Colaboratori

  1. Astroclub Meridian Zero  (AM0)- Oradea: astrofotografii, observații astronomice
  2. Astroclub Ucenicul Astronom (AUA) – Miercurea Ciuc: jocuri interactive, observații astronomice
  3. Colegiul Național “Ion Luca Caragiale” (CNILC) – Ploiești, Colegiul Național “Barbu Știrbei” (CNBS) – Călărași, Școala Gimnazială “Zaharia Stancu” (SGZS) și Liceul Tehnologic “Virgil Madgearu” (LTVM) – Roșiorii de Vede: prezentări STEAM online elevilor la clase

Invitați

  1. Marian Munteanu, cercetător ştiințific, Asociația Națională a Profesioniștilor din Geologie și Minerit (ANPGM): inregistrare pe tema: Geologie pentru toţi – Programul educaţional al Institutului Geologic al României la Muzeul Naţional de Geologie; intervenție live pe tema: Câteva motive pentru care absolventele de liceu ar trebui să îşi aleagă o carieră în geologie: un demers în cadrul proiectului „ENGIE-Empowering girls to become the geoscientists of tomorrow”.
  2. Lucian Muntean, artist visual: fotoreportaje despre – știință și artă contemporană, precum: Forme cristalografice în roci văzute la microscop, Miracolul vieții într-o picătură de apă văzută la microscop.
  3. Cătălin Crețu, artist muzical, Centrul de Muzică Electroacustică și Multimedia (UNMB): intervenții live (micro-conferințe interactive) cu temele: Perspective spațiale în muzică: un model planetar; Capacitățile multimedia ale modelului acustic al sunetului; Secretele unui instrument augmentat: pianul cu senzori

Parteneri media

  1. Radio România Cultural, Emisiunea “Știința 360” de Corina Negrea și Rubrica “Dimensiunea știintifică a artei” de Mihaela Ghită
  2. Știință și Tehnică, “Maratonul cercetării” de Alexandru Mironov

Datorită crizei sanitare covid-19, evenimentul va avea loc online, și în condiții restrânse cu respectarea condițiilor sanitare, acolo unde va fi cazul si dacă vremea va fi favorabilă, pentru observații astronomice în aer liber.

Afișul evenimentului de la București este disponibil aici.

Comunicatul evenimentului de la București este disponibil aici.

Persoană de contact (ISS): Dr. fiz. P. Gina Isar <isar[at]spacescience[dot]ro>

The Nobel Prize in Physics 2020 accorded for the discovery of the black holes

de
Conceptual image of a black hole made by Laurențiu Caramete

This year, the Noble Prize in Physics, announced in October, has been divided between Roger Penrose, from University of Oxford, UK, “for the discovery that black hole formation is a robust prediction of the general theory of relativity” and Reinhard Genzel, from Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik, Germany, along with Andrea Ghez, from University of California, USA, “for the discovery of a supermassive object, compact in the center of our galaxy”, conform the official press release.

The three laureates that share this years’ Nobel Prize in Physics have contributed to the discovery of the most exotic objects in the Universe, black holes.

In 1965, 10 years after the death of Albert Einstein, Roger Penrose has managed to prove the existence and describe in detail the formation and properties of black holes, starting from the theory of relativity and using revolutionary mathematical methods. Thus, Penrose proved that these super-massive objects that capture everything that falls inside them, and around which the classic laws of physics no longer apply, are a direct consequence to Einstein’s general theory of relativity. The article in which Roger Penrose has published these results it is still considered today as being the second most important contribution to the theory of relativity after the works of Einstein.

Twenty-five years later, in 1990, Reinhard Genzel and Andrea Ghez led two teams of astronomers that have studied, independently from one another, the center of our galaxy, more exactly the region named Sagittarius A*. The two teams observed closely the unusual behavior of nearby stars in that region of the Milky Way and deducted that these were in the vicinity of a supermassive compact object, having a mass of a couple millions times greater than our Sun and occupying a region equivalent to about the size of our Solar System. So far, the only object whose characteristics can explain the topology and dynamics of this region is a supermassive black hole.

The discovery of this object is important not only because it proves Einstein’s theory and Penrose’s calculations, but also because in order to make these observations, the limits of the technology and data processing tools existing at that moment have been pushed further, leading to progress in observational astrophysics.

The Institute of Space Science (ISS) is actively doing research in astrophysics in general, and on massive and supermassive black holes in particular, with contributions such as new concepts and theories about black holes, catalogs containing the mass of black holes and simulations of their formation, growth and evolution. ISS is involved in the space research field also, for instance, through the participation in the LISA space mission, designed and built by the European Space Agency (ESA), mission that aims to study gravitational wave signals coming from the collision of massive objects, including black holes, and to identify the mechanisms of the formation and evolution of black holes, from their birth until now. The Romanian Space Agency (ROSA) continuously supports the Romanian contributions to space research, including the LISA mission, in which our country is being anchored in pioneering research of the study of gravitational waves in space.

Contact person: dr. Laurențiu Caramete <lcaramete[at]spacescience[dot]ro>

 

Premiul Nobel 2020 în Fizică acordat pentru descoperirea găurilor negre

de
Imagine concept a unei găuri negre realizată de Laurențiu Caramete

Anul acesta, premiul Nobel pentru Fizică, anunțat în luna octombrie, a fost împărțit între Roger Penrose, de la Universitatea Oxford din UK, „pentru descoperirea conform căreia formarea de găuri negre constituie o predicție solidă a teoriei relativității generale” și Reinhard Genzel, de la Institutul Max-Planck pentru Fizică Extraterestră din Germania, împreună cu Andrea Ghez, de la Universitatea California din USA, „pentru descoperirea unui obiect supermasiv, compact în centrul galaxiei noastre”, conform comunicatului oficial de presă.

Cei trei laureați care împart anul acesta Premiul Nobel în Fizică au contribuit la descoperirea unora dintre cele mai exotice obiecte din Univers, găurile negre.

În  anul 1965, la 10 ani după moartea lui Albert Einstein, Roger Penrose a reușit să demonstreze existența și să descrie în detaliu formarea și proprietățile găurilor negre, pornind de la teoria relativității și folosind metode matematice revoluționare. Astfel, Penrose a arătat că aceste obiecte super-masive, care captează tot ce intra în ele și în interiorul cărora legile fizicii clasice nu se mai aplică, sunt o consecință directă a teoriei relativității generale a lui Einstein. Articolul în care Roger Penrose şi-a publicat rezultatele este considerat și astăzi ca fiind cea mai importantă primă contribuție la teoria relativității de după apariția sa.

Douăzeci și cinci de ani mai târziu, în 1990, Reinhard Genzel şi Andrea Ghez au condus două echipe de astronomi care au studiat, independent una de cealaltă, centrul galaxiei noastre, mai exact regiunea denumita Sagittarius A*. Cele două echipe au observat comportamentul atipic al stelelor din această regiune centrală a galaxiei noastre, și au dedus că acestea se află în vecinătatea unui obiect super masiv, compact, cu o masă de câteva milioane de ori mai mare decât a Soarelui, ce ocupă o regiune cam de dimensiunile Sistemului nostru Solar. Până în prezent, singurul obiect ale cărui caracteristici pot explica topologia și dinamica acestei regiuni, este o gaura neagră super masivă.

Descoperirea acestui obiect compact este importantă nu doar pentru că probează teoria lui Einstein și calculele lui Penrose, ci și pentru că limitele tehnologice de detecție și de prelucrare de date existente în acel moment au fost depășite la realizarea observațiilor, ducând astfel mai departe la progresul astrofizicii observaționale.

Institutul de Științe Spațiale(ISS) este implicat activ în studiul astrofizicii în general și al găurilor negre masive si super masive în particular, având contribuții precum noi concepte si teorii ale găurilor negre, cataloage de mase de găuri negre sau simulări ale formarii, creșterii si evoluției lor. De asemenea, ISS se afla în topul cercetărilor spațiale în domeniu, de exemplu prin participarea la misiunea spațiala LISA, construită de Agenția Spațială Europeană, misiune ce își propune să studieze semnale de unde gravitaționale provenite de la ciocnirea de obiecte masive, inclusiv găuri negre, si să identifice mecanismele de formare si evoluție a găurilor negre de la crearea lor pana în prezent. Agenția Spațiala Romana (ROSA) susține în permanență contribuțiile României la cercetările spațiale, inclusiv la misiunea LISA, tara noastră fiind astfel ancorată în cercetările de pionierat ale studiului undelor gravitaționale din spațiu.

Persoană de contact: dr. Laurențiu Caramete <lcaramete[at]spacescience[dot]ro>