space science

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>

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>

 

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>

 

O nouă caracteristică a spectrului energetic al razelor cosmice de energie ultra-înalta descoperită de Colaborarea Pierre Auger

de
Ilustrație artistică a unei jerbe atmosferice de particule inițiate în cascadă de o rază cosmică la Ob-servatorul Pierre Auger. Credit: A. Chantelauze/S. Staffi/L. Bret
Ilustrație artistică a unei jerbe atmosferice de particule inițiate în cascadă de o rază cosmică la Observatorul Pierre Auger. Credit: A. Chantelauze/S. Staffi/L. Bret

Spectrul energetic al celor mai energetice particule din Univers, raze cosmice de energie ultra înalta, este măsurat la Observatorul Pierre Auger cu o precizie fără precedent. În plus față de bine cunoscuta caracteristică a spectrului sub denumirea de “gleznă”, la o energie mai înalta este gasită o nouă întrerupere spectrală. Această nouă întrerupere în spectrul de energie poate fi explicată de o dependență a masei particulelor primare față de energie. Rezultatele Colaborării Pierre Auger sunt publicate în două noi articole (Phys. Rev. Lett. 125, 121106, 2020 și Phys. Rev. D 102, 062005, 2020) . 

Această determinare a spectrului energetic este unică, deoarece utilizează o expunere fără precedent, de peste 60000 km2 sr yr. Deasemeni, metoda de determinare a spectrului nu conține ipoteze despre compoziția de masă a particulei cosmice primare, sau detalii despre fizica interacțiilor hadronice ce au loc în timpul dezvoltării unei jerbe de particule secundare în atmosferă.

Razele cosmice de energie ultra-înalta (UHECRs – Ultra High Energy Cosmic Rays) sunt particule care ating energii de până la 1020 eV, cele mai înalte energii ale unor particule individuale cunoscute în Univers. Cu tehnologia disponibilă în prezent, acceleratorul LHC (Large Hadron Collider) ar trebui scalat la mărimea orbitei planetei Mercur pentru a putea accelera particule la aceste energii. Fluxul acestor particule este extrem de mic. Mai puțin de o particulă pe secol ajunge pe o suprafață de un kilometru pătrat. Procesele astrofizice care accelerează aceste particule la energii atât de mari, precum și sursele acestor emisii, sunt înca unele dintre misterele neelucidate ale Universului.

Colaborarea Pierre Auger, care reunește aproximativ 400 de oameni de știintă din 17 țări din întreaga lume, operează cel mai mare observator pentru radiații cosmice din lume: un detector hibrid realizat din peste 1600 de stații de suprafață, detectori bazați pe efectul Cerenkov, care acoperă o arie de 3000 km2. Această suprafață este observată și de 27 telescoape de fluorescență. Împreuna, toate aceste instrumente furnizează măsurători calorimetrice ale energiei jerbelor atmosferice și o evaluare indirectă a masei particulei primare care generează aceste jerbe. Combinând informația dată de spectrul energetic, compoziția de masă și distribuția direcției de sosire observată, pot fi derivate constrângeri importante asupra locației surselor acestor particule extraordinare.

Spectrul de energie al UHECRs a putut fi determinat cu o statistică foarte bună, deoarece au fost utilizate toate evenimentele înregistrate de Observatorul Pierre Auger până acum. Datorită acestei precizii fără precedent a măsurătorilor, o nouă caracteristică a spectrului, o întrerupere la aproximativ 1.3 * 1019 eV a putut fi identificată. Rezultatele sunt raportate în două publicații recente ale Colaborării Pierre Auger (Phys. Rev. Lett. 125, 121106, 2020 și Phys. Rev. D 102, 062005, 2020) și sunt illustrate în Figura 1, care arată o posibilă interpretare a fluxului observat și a compoziției de masă a UHECRs într-un scenariu în care sursele injectează particule cu o compoziție de masă dependentă de energie. Exemplul arătat în Figura 1 reprezintă o clasă particulară de modele, în care accelerarea particulelor depinde numai de rigiditatea lor (energia împărțită la sarcină). Ambundența elementelor chimice pare să fie dominată de nuclee cu masă intermediară, care sunt emise de surse cu un spectru de energie cu o pantă abruptă, care este apoi modificat de efectele propagării extragalactice. Într-un astfel de scenariu model, noua caracteristică din spectru ar apărea în mod natural datorită schimbării compoziției care apare la energiile respective.

Spectrul de energie observat determină deasemenea și densitatea de energie injectată sub forma de particule UHECRs de către sursele cu emisie continuă în spațiul extragalactic. Există câteva clase de Nuclee Galactice Active și Galaxii “Starburst”, pentru care au fost obținute indicații de anizotropie în direcțiile de sosire ale UHECRs, publicate în alte lucrări ale Colaborării Pierre Auger, care pot furniza această rată de energie. Această corelație reprezintă un important pas în identificarea surselor UHECRs.

Observatorul Pierre Auger se află momentan într-o etapă de modernizare de anvergură care constă în adăugarea de detectori scintilatori și antene radio deasupra fiecărei stații existente de detectori Cerenkov. Această modernizare va permite oamenilor de știință să obțină mai multe informații despre compoziția de masă a UHECRs, extinzând aceste studii la energiile cele mai înalte. La aceste energii, o posibilă prezență a nucleelor ușoare poate deschide o nouă fereastră către dezvoltarea unei metode, de căutare a surselor și de investigare a câmpurilor magnetice, sensibilă la compoziție.

România a aderat cu drepturi depline la Colaborarea Pierre Auger în 2014. Contribuția sa actuală la Auger vine din partea a trei instituții, precum: Institutul de Fizică și Inginerie Nucleară Horia Hulubei (IFIN-HH), Institutul de Științe Spațiale (ISS) și Universitatea Politehnica București (UPB). Înca din 2019, detectorii de fluorescență ai Observatorului Pierre Auger sunt monitorizați și operați integral, în baza unui plan de măsurători al colaborării, și de la distanță din România, de la ISS, care este “de la Măgurele, cu un pas mai aproape de experimentul din pampasul Argentinian”. Grupul Auger din ISS contribuie și la producția de simulări masive ale evenimentelor măsurate la Auger, utilizând calculul performant și distribuit din Organizatia Virtuala Auger GRID, precum și la diseminarea și conștientizarea fizicii studiate la Auger, contribuind astfel și la educație prin știință.

Figura 1. Fluxul tuturor particulelor cosmice cu energii ultra înalte măsurate la Observatorul Pierre Auger, scalat cu E3. Datele experimentale sunt comparate cu un model reprezentativ pentru surse, ilustrând corelația dintre energia la care se manifestă noua caracteristică spectrală, și compoziția de masă a particulelor primare dependentă de energie.

Persoană de contact: Dr. Gina Isar <gina.isar[at]spacescience.ro>, Responsabil Instituțional (ISS) Auger

New Feature Found in UHECR Energy Spectrum by the Pierre Auger Collaboration

de
Ilustrație artistică a unei jerbe atmosferice de particule inițiate în cascadă de o rază cosmică la Ob-servatorul Pierre Auger. Credit: A. Chantelauze/S. Staffi/L. Bret
Artistic illustration of a cosmic ray induced air shower at the Pierre Auger Observatory. Credit: A. Chantelauze/S. Staffi/L. Bret

The energy spectrum of the highest-energy particles in the Universe, ultra-high energy cosmic rays, has been measured with the Pierre Auger Observatory with an unprecedented precision. In addition to the well-known kink in the energy spectrum, typically referred to as the ankle, a new spectral break is found at somewhat higher energy. This new break in the energy spectrum can be explained by an energy-dependent mass composition of cosmic rays. The results are published in two related papers (Phys. Rev. Lett. 125, 121106, 2020 and Phys. Rev. D 102, 062005, 2020).

This determination of the energy spectrum is unique in having an unprecedented exposure of more than 60,000 km2 sr yr, in its method of determining the spectrum free of assumptions about the mass composition of the initial cosmic ray particle, and about details of the hadronic physics of air showers.

Ultra-high energy cosmic rays (UHECRs) are particles that reach energies of up to 1020 eV, the highest energies of individual particles known in the Universe. With our currently available technology, the LHC accelerator would have to be scaled to the size of the orbit of the planet Mercury to reach this energy. The flux of these particles is extremely small. Less than one particle per century arrives on an area of a square-kilometer. There is a long-standing quest to identify the sources of these particles and the processes that give them such exceptional energies.

The Pierre Auger Collaboration, a group of about 400 scientists from 17 countries from all over the world, is operating the world’s largest observatory for cosmic rays: a hybrid detector made of more than 1600 surface water-Cherenkov stations covering a 3,000 km2 area, which is overlooked by 27 fluorescence telescopes. Together, the different instruments provide calorimetric measurements of the energies of particle cascades produced by UHECRs in the atmosphere and an indirect evaluation of the mass of the primary particle. Combining the information on the energy spectrum, mass composition and the observed arrival direction distribution, important constraints on the sources of these extraordinary particles can be derived.

Analyzing the data collected by the Pierre Auger Observatory so far, the energy spectrum of UHECRs has been determined with very high statistics. Thanks to the unprecedented precision of the measurement, a new spectral feature, a break in the power law at about 1.3´1019 eV, has been identified. The results are reported in two recent publications (Phys. Rev. Lett. 125, 121106, 2020 and Phys. Rev. D 102, 062005, 2020) of the Pierre Auger Collaboration and are illustrated in Figure 1, which shows a possible interpretation of the observed flux and composition data of UHECRs in a scenario with sources that inject particles with a mass composition that changes with energy. The shown example represents a particular class of models, in which the acceleration of particles depends only on their rigidity (energy divided by charge). The abundance of nuclear elements appears to be dominated by intermediate-mass nuclei that are released from the sources with a very hard energy spectrum, which is modified by extragalactic propagation effects. In such a model scenario, the new feature in the spectrum would naturally occur due to the change of composition in the energy range of the new spectral break.

The observed energy spectrum also determines the energy density injected as UHECRs by continuously emitting sources into extragalactic space. Interestingly, some classes of Active Galactic Nuclei and Starburst Galaxies, for which indications of anisotropy have been obtained in different analyses of the Pierre Auger Collaboration, are expected to provide this energy production rate: an intriguing step forward in the quest for the UHECR sources.

The Pierre Auger Observatory is currently undergoing a large-scale upgrade by adding scintillation detectors and radio antennas on top of the existing water-Cherenkov detector stations. This will allow the scientists to obtain more information about the UHECR mass composition, extending it to the highest energies where a possible presence of light mass nuclei could open a new window to composition-sensitive searches for sources and studies of cosmic magnetic fields.

Romania has fully joined the Pierre Auger Collaboration in 2014, and its current contribution comes from the following three institutions: Institute of Physics and Nuclear Engineering Horia Hulubei (IFIN-HH), Institute of Space Science (ISS) and University Polytechnic Bucharest (UPB). Since 2019, fluorescence detectors of the Pierre Auger Observatory are fully monitored and operated, upon a common collaborative measurement calendar, also remotely from Romania, which is “from ISS-Măgurele a step forward to the experiment in the Argentinian pampas”. The Auger-group at ISS contributes also to the mass simulation production of Auger measured events using distributed computing in frame of Auger GRID VO (Virtual Organization), as well as to disseminating and awareness of physics studied at Auger, contributing thus to education through science.

Figure 1: All-particle flux of the highest energy cosmic rays as measured with the Pierre Auger Observatory, scaled by E3. The data are compared with a representative model scenario for sources, illustrating the correlation between the energy of the new spectral feature and the energy-dependent mass composition of the particles.

Contact person: Dr. Gina Isar <gina.isar[at]spacescience.ro>, (ISS) Institutional Responsible in Auger

Colaboratori români ai Observatorului Pierre Auger operează integral de la ISS detectorii Auger

de
Cercetători români la activități operaționale Auger de la ISS

În perioada 9-26 August, 2020, cercetători români, membri ai colaborării Pierre Auger, din cadrul a doua institute de pe platforma de Fizică de la Măgurele, Dr. Paula-Gina Isar în colaborare cu studentul MSc. Dragoș Hîrnea de la ISS-Filială INFLPR și Dr. Alexandru Gherghel-Lascu, respectiv Dr. Denis-Iulian Stanca de la IHIN-HH, au preluat integral în cadrul unei ture operaționale Auger – în premieră în România, de la ISS – operațiile de control și monitorizare de la distanță a telescoapelor de fluorescență si a detectorilor lidar, o parte esențială a experimetului Pierre Auger.

Observatorul Pierre Auger este cel mai mare experiment de radiații cosmce din lume, care studiază efectele atmosferice si proprietățile fizice ale celor mai energetice particule elementare de origine cosmică, cu energii de până la 1020 eV.

Misiunea colaborării internaționale Pierre Auger, la care participă peste 500 de cercetători din întreaga lume, printre care și cercetători români de la două institute naționale de cercetare de pe Platforma de Fizică de la Măgurele (Institutul Național pentru Fizică și Inginerie Nucleară “Horia Hulubei” – IFIN-HH și Institutul de Științe Spațiale – Filială INFLPR) și de la Universitatea Politehnica București, este de a desluși originea, sursele și proprietățile fizice ale particulelor cosmice care penetrează atmosfera Pământului. Acestea dezvoltă jerbe de particule secundare, cele mai energetice distribuindu-se pe suprafața solului pe zeci de kilometri pătrați.

Pentru a măsura astfel de evenimente foarte rare, ale căror energii sunt printre cele mai mari observate vreodată (peste 1018 eV), a fost construit experimentul Pierre Auger în pampasul Argentinian, lânga orașul Malargüe. Experimentul acoperă o suprafață de peste 3000 km2 cu detectori superhibrizi, precum: detectori Cerenkov cu apă pentru măsurarea particulelor secundare care ajung la sol, telescoape optice pentru observarea luminii UV generată în atmosferă, detectori lidar pentru monitorizarea atmosferei și antene radio pentru înregistrarea undelor radio. În timp ce detectorii Cerenkov și antenele radio lucrează continuu și automat 24 din 24 de ore, telescoapele optice sunt operate numai pe timp de noapte și fără lună plină.

Centrul de remote control Auger de la ISS oferă suport la turele operaționale Auger atât colaboratorilor din țară, cât și celor din alte state membre Auger. Centrul regional de la ISS este functional din 2019, fiind complet echipat si avizat conform standardelor Auger cu aparatură modernă hardware și software, asigurând operatorilor Auger condiții confortabile de lucru.

Persoană de contact: Dr. Gina Isar <gina.isar[at]spacescience.ro>, Responsabil Instituțional (ISS) Auger

Galerie foto:

Centrul de remote control Auger de la ISS
De la stânga la dreapta: MSc. Dragoș Hîrnea, Dr. Paula-Gina Isar, Dr. Denis-Iulian Stanca, Dr. Alexandru Gherghel-Lascu

Misiunea ESA/Euclid: Un alt pas către lansare

de
Satelitul Euclid. Credit foto: Airbus

Misiunea ESA/Euclid a atins un nou obiectiv. Cele două instrumente ale sale, NISP (Near Infrared Spectrometer and Photometer) și VIS (Visible Imager), au fost complet realizate, testate și livrate de compania Airbus Defence and Space în Toulouse (Franța), unde sunt în prezent integrate cu telescopul, pentru a definitiva configurația misiunii.

Utilizând studiul complementar al undelor gravitaționale primordiale (care măsoară distorsiuni ale imaginii galaxiilor datorate distribuției materiei din Univers) și a oscilațiilor acustice ale barionilor (care determina gradul de clasterizare a galaxiilor), Euclid va realiza imagini 3D ale evoluției componentelor materiei întunecate și a energiei întunecate. Acestea vor permite estimarea expansiunii accelerate a Universului cu o acuratețe fără precedent.

Euclid este o misiune de Astronomie și Astrofizică de clasă medie a Agenției Spațiale Europene (ESA).

Institutul de Științe Spațiale (ISS), sub egida Agenției Spațiale Române (ROSA), participă la Misiunea Euclid încă din faza de selecție de către ESA (2007), dezvoltând metode de analiză și interpretare științifică a datelor experimentale.

Comunicatul de presă al ESA în limba engleză este disponibil aici.

Mai multe detalii pentru fiecare instrument în parte sunt disponibile aici.

Persoană de contact (ISS): Dr. Lucia A. Popa <lpopa[at]spacescience[dot]ro>

Galerie foto:

Instrumentul NISP. Credit foto: ESA
Una din componentele CCD ale instrumentului VIS. Credit foto: ESA

„Noaptea Cercetătorilor” – Ediția 2020

de

În data de 27 noiembrie 2020 va avea loc evenimentul european „Noaptea Cercetătorilor”, sub deviza “Doing Research at Midnight in ROmania – DoReMi-RO”.

Evenimentul își propune să arate publicului larg ce înseamnă să fii cercetător și cât de interesantă și provocatoare este știința si tehnologia înca din școală, prin intermediul a unor variate activități multidisciplinare, precum observații astronomice, experimente interactive, jocuri creative, seminarii și conferințe, dar nu numai!

Evenimentul este organizat de Universitatea „Alexandru Ioan Cuza” din Iași – în calitate de coordonator al unui Consorțiu academic național format din opt Universități și șapte Institute de Cercetare, precum: Universitatea „Lucian Blaga” din Sibiu (ULBS), Universitatea de Vest din Timișoara (UVT), Universitatea Babeș-Bolyai din Cluj-Napoca (UBB), Universitatea din Craiova (UCV), Universitatea din București (UB), Universitatea „Ștefan cel Mare” din Suceava (USV), Universitatea Maritimă din Constanța (CMU),  Institutul Național de Cercetare pentru Fizica Laserilor, Plasmei și  Radiației, Măgurele (INFLPR),  Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Pământului,  Măgurele (INCDFP),  Institutul de Fizică Atomică, Măgurele (IFA),  Institutul Național de Cercetare Dezvoltare pentru Fizica Materialelor,  Măgurele (INCDFM),  Institutul de Științe Spațiale, Măgurele (ISS), Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Optoelectronică,  Măgurele (INOE 2000) și Institutul Național de Fizică și Inginerie Nucleară „Horia Hulubei”,  Măgurele (IFIN-HH).

Pe lângă activitățile desfășurate la București, alături de celelalte institute de cercetare de pe Platforma de Fizică de la Măgurele, Institutul de Științe Spațiale (ISS) contribuie anul acesta și la extinderea ariei de diseminare a evenimentului “Noaptea Cercetătorilor” cu ajutorul a cinci noi colaboratori pasionați de educația STEAM (Știință, Tehnologie, Inginerie, Arte și Matematică), care ni s-au alăturat în proiect din învățământ și domeniul Astronomiei, precum: Asociația “Ucenicul Astronom” (Miercurea Ciuc), Asociația “Astroclub Meridian 0” (Oradea), Colegiul Național “Ion Luca Caragiale” (Ploiești), Colegiul Național “Barbu Știrbei” (Călărași), Școala Gimnazială “Zaharia Stancu” și Liceul Tehnologic “Virgil Madgearu” (Roșiorii de Vede).

Activitatea la nivel de proiect se va desfășura în 24 de orașe din România și face parte din seria de evenimente finanţate de către Comisia Europeană prin Programul Cadru de Cercetare și Inovare H2020 (2014 – 2020), acțiunile Marie Sklodowska-Curie.

În funcție de situația crizei sanitare cu covid-19 în perioada de desfăsurare a evenimentului, activitatea va avea loc în condiții normale, restrânse sau online.

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

Afiș cu sigle Colaboratori ISS și Parteneri media: