Snaartheorie toont voor het eerst fysische werkelijkheid

Snaren en zwarte gaten. Credit: interactions.org

Het nieuws is een tikkeltje langs mij heen gegaan, maar ik vermoed dat op 2 juli jongstleden behoorlijk geschiedenis is geschreven met de publicatie van het artikel “String Theory, Quantum Phase Transitions, and the Emergent Fermi Liquid” in het online vakblad Science Express. In dat artikel, geschreven door het trio Jan Zaanen, Mihailo Cubrovic en Koenraad Schalm [1]Alledrie van het Lorentz Instituut voor Theoretische Natuurkunde in Leiden., wordt namelijk voor het eerst een voorheen onbegrepen natuurkundig fenomeen verklaard met behulp van de snaartheorie.  En zo’n opsteker kan deze laatste best wel gebruiken, want de snaartheorie ligt de laatste jaren sterk onder vuur. De snaartheorie, waarvan de oervorm al eind jaren zestig door Gabriele Veneziano werd bedacht, is tot nu toe een speeltje van theoretici en grote beloftes werden niet waargemaakt. De toepassing van de snaartheorie die het Leidse drietal deed heeft te maken met supergeleiding. Bij supergeleiding, ooit ontdekt door Heike Kamerlingh Onnes (óók)  in Leiden, kunnen elektronen zonder enige weerstand door een materiaal zoeven. In eerste instantie leek dat alleen bij hele lage temperaturen dichtbij het absolute nulpunt te kunnen, maar er duiken steeds meer voorbeelden op waarbij het ook bij hogere temperaturen gebeurt. Tot nu toe is het echter niemand gelukt om die hogetemperatuur-supergeleiding, zeventig punten bij Scrabble, te verklaren. Bij die supergeleiding is er sprake van een kwantum-kritische toestand van electronen, waarbij de electronen een soort kwantumsoepje vormen. Met behulp van een stukje wiskunde uit de snaartheorie dat de AdS/CFT correspondentie [2]de zogenaamde Anti-de-Sitter/Conformal Field Theory (AdS/CFT) correspondentie. genoemd wordt is dat kwantumsoepje van electronen eindelijk beschreven. Daarbij kwam ook nog een zwart gat om de hoek kijken: door de correspondentie los te laten op de situatie waarbij een zwart gat vibreert als een elektron erin valt, vonden Zaanen, Cubrovic en Schalm de beschrijving van elektronen die in en uit een kwantum-kritische toestand bewegen. En aldus heeft dit drietal voor het eerst laten zien dat de snaartheorie geen fenomeen is dat louter binnen de vier muren van de studeerkamer voorkomt, maar dat reëel fysische problemen ermee kunnen worden opgelost. Het feit dat Science heeft gekozen voor een versnelde publicatie van hun ontdekking is een bevestiging van het belang van deze ontdekking. 🙂 Bron: Universiteit van Leiden.

References[+]

References
1 Alledrie van het Lorentz Instituut voor Theoretische Natuurkunde in Leiden.
2 de zogenaamde Anti-de-Sitter/Conformal Field Theory (AdS/CFT) correspondentie.

Met nieuwe techniek twee supernovae op record-afstand ontdekt

De nieuwe recordhouder. Credit: Jeff Cooke/CFHT

Met behulp van een nieuwe techniek hebben sterrenkundigen twee supernovae ontdekt die zich op een afstand bevinden van maar liefst 11 miljard lichtjaar. Dat betekent dat de supernovae – zware sterren van minstens acht zonmassa’s die na een kort maar heftig leven hun buitenlagen wegblazen -plaatsvonden toen het heelal bijna drie miljard jaar oud was. Op de foto zie je één van die supernovae, waarbij links het sterrenstelsel te zien is en rechts de supernova ná digitale aftrek van het ‘gewone’ licht van het sterrenstelsel. De vorige recordhouder qua afstand bij de supernovae stond ‘slechts’ 6 miljard lichtjaar ver weg [1]Al moeten we wel rekening houden met het bijzondere geval van SN 1997ff, die via een ‘lucky’ ontdekt werd. Deze supernova, die van het afwijkende type Ia was, kwam namelijk twee keer … Continue reading, dus dat scheelt een stukkie. De nieuwe techniek, die bedacht is door Jeff Cooke (Universiteit van Californië in Irvine), is gebaseerd op de welbekende techniek van het stacken. Werden voorheen twee foto’s van sterrenstelsels (automatisch) vergeleken en lette men op verschillen tussen de twee foto’s, bij Cooke’s manier worden eerst meerdere foto’s van een sterrenstelsel gestackt [2]Zoals amateur-astrofotografen dat met Registax doen.. Daarmee worden meerdere opnames van hetzelfde sterrenstelsel digitaal gestapeld en dat levert meer pixels op. Cooke maakte daarbij gebruik van foto’s van de Canada-France-Hawaii Telescope op Hawaï. Vervolgens worden opnames die enkele jaren na elkaar gemaakt zijn met elkaar vergeleken en wordt gekeken of er verschillen zijn. En dat heeft in vier gevallen geleidt tot een herkenbare supernova, waarvan twee stuks op recordafstand liggen. Morgen verschijnt een artikel van Cooke en consorten in het wetenschappelijke vakblad Nature over de ontdekking van de (type IIn) supernovae. Bron: Universe Today.

References[+]

References
1 Al moeten we wel rekening houden met het bijzondere geval van SN 1997ff, die via een ‘lucky’ ontdekt werd. Deze supernova, die van het afwijkende type Ia was, kwam namelijk twee keer voor op een twee maal geschoten Hubble Deep Field opname. De berekende afstand van SN 1997ff tot de Aarde was ruim 11 miljard lichtjaar. Eh.. Govert Schilling wees mij er zojuist via Twitter op dat de roodverschuiving z=1,775 van SN 1997ff, hetgeen een afstand van ca. 9.5 miljard lichtjaar) oplevert. Govert, bedankt!
2 Zoals amateur-astrofotografen dat met Registax doen.

De VS en Europa gaan sámen naar Mars

NASA en ESA samen naar Mars. Credit: NASA, J. Bell (Cornell U.) and M. Wolff (SSI)

De ruimtevaartorganisaties ESA en NASA, van Europa respectievelijk de Verenigde Staten, hebben officiëel besloten om samen ruimtevaartuigen naar Mars te sturen. Zij hebben daartoe een zogenaamd Mars Exploration Joint Initiative (MEJI) gesloten, dat het raamwerk moet zijn voor (onbemande) missies naar Mars, die astrobiologische, geologische en geofysische doeleinden moeten nastreven. Uiteindelijk moet MEJI leiden tot een Mars Sample Return missie, die monsters van Mars terug naar Aarde moet brengen. Eh… ‘monsters’ in de positieve zin van het woord dan. 😉 Tot het MEJI-initiatief kwamen de twee ESA- en NASA-bazen, te weten David Southwood (ESA Director of Science and Robotic Exploration) en Ed Weiler (NASA’s Associate Administrator for Science), die elkaar eind juni in Plymouth (Engeland) zagen. Dá t de Verenigde Staten niet meer in hun eentje naar Mars kunnen bleek wel uit het feit dat de lancering van het Mars Science Laboratory – welke inmiddels is omgetoverd tot Curiosity – vanwege gebrek aan pingping is uitgesteld van 2009 naar 2011. Gelegenheden tot lanceringen van de missies doen zich voor in de jaren 2016, 2018 en 2020. De dames/heren technici hebben dus nog even de tijd om de in Plymouth genomen besluiten om te zetten in concrete plannen. Interessante vraag is natuurlijk of ook de volgende stap een gezamelijk initiatief van NASA én ESA wordt, namelijk de bemande Marsvluchten. Mmmmm, zou de eerste mens op Mars dan toch een Europaan worden? 😀 Bron: ESA.

Astromuziek – Rammstein op de maan

Als je de volgende videoclip mag geloven zijn behalve de twaalf astronauten van de Apollo’s ook de zes leden van de Duitse rockband Rammstein op de maan geweest. En dat nog wel zonder helm. 🙂 Luidsprekers voluit!

Video kwam ik tegen op Ethan Siegel’s Stars with a Bang, waarin hij de geïnteresseerde lezer tips geeft hoe je je eigen maanlanding kunt faken. Bekijk/beluister de clip pleazze tot de laatste seconde, want dan kom je ook nog de Apollo 13 tegen.

Enorme radiowolk rondom Centaurus A ontdekt

De radiowolk van Centaurus A.  Credit: Ilana Feain, Tim Cornwell & Ron Ekers (CSIRO/ATNF). ATCA northern middle lobe pointing courtesy R. Morganti (ASTRON), Parkes data courtesy N. Junkes (MPIfR). Photo of the ATCA and Moon: Shaun Amy, CSIRO.

Centaurus A (NGC 5128) is een gigantisch elliptisch sterrenstelsel 14 miljoen lichtjaar van ons verwijderd in het sterrenbeeld Centaurus. Sterrenkundigen hebben rondom Centaurus A een gigantische wolk waargenomen die radiostraling uitzendt en die aan de hemel een omvang van maar liefst 200 volle manen heeft [1]Voor ons is die wolk compleet onzichtbaar. We zouden ultragevoelige radio-ogen moeten hebben om ‘m te kunnen zien.. 😯 De wolk is nooit eerder opgemerkt, maar door maar liefst 1.200 uren naar Centaurus A te kijken met behulp van de Australia Telescope Compact Array telescope (ATCA) bij Narrabri in Australië was men in staat om 406 afzonderlijke foto’s van de radiowolk te maken en die leverden gezamelijk één uiteindelijke foto op. Er waren zo’n 10.000 uren nodig om die foto op te hoesten! Op de compositie-afbeelding hierboven zie je de radiowolk rechts, plus de volle maan en op de voorgrond de schotels van ATCA. Hier is de foto zonder die poespas eromheen. Sterrenkundigen zijn erg geïnteresseerd in het actieve sterrenstelsel Centaurus A omdat het stelsel zo dichtbij staat en daarom gemakkelijk kan worden waargenomen. In het centrum van Centaurus A bevindt zich een superzwaar zwart gat met een massa van 50 miljoen zonmassa’s. Het zwarte gat genereert naar twee kanten toe een straalstroom of jet van hoogenergetische gassen. Ze zijn overigens in Australië ook al bezig aan een opvolger van ATCA, de ASKAP (Australian SKA Pathfinder telescope). Waar ATCA 1.200 uren over deed zal ASKAP genoeg hebben aan 5 minuten. 😯 Yep, knap staaltje nietwaar? Wanneer moet ASKSP in productie gaan? In 2012 is de verwachting. Mmmm, ik kan niet wachten. Bron: Eurekalert.

References[+]

References
1 Voor ons is die wolk compleet onzichtbaar. We zouden ultragevoelige radio-ogen moeten hebben om ‘m te kunnen zien.

Vervuilde witte dwerg wijst op kannibalisme

impressie van de witte dwerg GD 362. Credit: Jon Lomberg.

GD 362 is een witte dwerg in het sterrenbeeld Hercules, 165 lichtjaartjes hiervandaan. De witte dwerg, een ster die je moet zien als onze Zon in de pensioenfase van z’n leven, is bijzonder, want z’n atmosfeer is behoorlijk vervuild. Onderzoek van sterrenkundigen van de Universiteit van Californië in Los Angeles (UCLA) heeft laten zien dat zich in die atmosfeer, welke een temperatuur van zo’n 10.000 Kelvin heeft, zuurstof, silicium, magnesium, calcium, titanium, ijzer en andere zware elementen bevinden. In normale witte dwergen komen deze elementen niet voor in de atmosfeer omdat ze binnen de kortste keren door de gravitatie naar de binnenste delen van de ster worden getrokken. Alles wijst er dan ook op dat GD 362 ooit een planeet zoals Mars of de Aarde heeft verorberd. Normaal gesproken hebben witte dwergen een ‘schone’ atmosfeer, die enkel uit helium bestaat. Maar het UCLA-team heeft een dozijn van die vervuilde witte dwergen gevonden, waaronder GD 362, en alles wijst erop dat dit te maken met kannibalisme van deze sterren op nabije exoplaneten. Voor het onderzoek maakten de sterrenkundigen gebruik van NASA’s infraroodsatelliet Spitzer, ESA’s röntgensatelliet XMM-Newton en het Keck Observatorium op Hawaï. Ook werd de nieuwe ultraviolet spectrometer van Hubble in stelling gebracht, die kortgeleden werd geupdate. In de atmosfeer van GD 362 komt ook waterstof voor en de gemeten hoeveelheid is zo groot dat de vervuiling géén gevolg kan zijn van een ingeslagen groot uitgevallen komeet. Er moet wel een gigantisch object zoals een planeet zijn ingeslagen. Dat moet volgens het UCLA-team als volgt gegaan zijn: GD 362 was honderden miljoenen of zelfs miljarden jaren terug een gewone ster á la de zon en omgeven door (exo-)planeten. Toen raakte het waterstof in het centrum op en begon het helium te verbranden. De ster werd een rode reus en de planeten kwamen vérder van de ster af te liggen. Na de heliumverbranding bleef in de kern een witte dwerg over, bestaande uit koolstof en zuurstof. Omdat de banen van de naar buiten gemigreerde planeten instabiel werden kwamen enkele planeten ervan in een gravitationele interactie en het gevolg was dat één planeet met een massa van Mars richting witte dwerg werd geslingerd en daar in stukken uiteen werd gerukt. Zoals je dus mooi in de afbeelding kan zien. Mmmm, is dat uiteindelijk ons voorland? 🙁 Bron: Sciencenews.

Welke sporen laten kosmische snaren na?

Gesimuleerde kosmische snaren. Credit: Ben Shlaer et al/Tufts Universiteit.

Even een zuiver theoretisch verhaal: er zouden in het heelal wel eens restanten kunnen zijn van de zogenaamde kosmische snaren. Verwar ze niet met de ‘gewone’ snaren van de snaartheorie, want ze verschillen totaal. Een fractie van een seconde na de oerknal zouden er verstoringen in het weefsel van de ruimtetijd zijn ontstaan, ééndimensionale objecten dunner dan een atoom, maar enkele lichtjaren lang én in theorie zeer zwaar zijn. Een kilometer kosmische snaar zou al net zo zwaar als de gehele Aarde wegen. 😯 Nadenken over kosmische snaren is een puur theoretische exercitie, want er is nog nooit een exemplaar waargenomen. Een team natuurkundigen onder leiding van Ben Shlaer (Tufts Universiteit in Medford, Massachusetts) denkt dat kosmische snaren onstabiel zijn en kort na hun ontstaan uiteenvallen in kleinere snaren of in ‘kralen’. Die kralen zouden in de vorm van monopolen voorkomen, magnetische deeltjes die niet twee magnetische polen hebben, maar slechts één, een zuid- of een noordpool dus. Ook die zijn puur theorie tot nu toe. Maar Shlaer en z’n collega’s denken dat die monopolen in dat vroege heelal opgezweept zijn tot relativistische snelheden, dat wil zeggen tegen de lichtsnelheid aan en daardoor produceerden die monopolen gravitatiegolven. Dat zijn golven in de ruimtetijd, die men hier op Aarde met diverse instrumenten zoals LIGO wil gaan detecteren. En je begrijpt het al: net als kosmische snaren en monopolen zijn gravitatiegolven pure theorie. 100% studeerkamer-natuurkunde. Ik las vanavond in NRC-Handelsblad een artikel over Jos Engelen, de nieuwe voorzitter van de Nederlandse organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) en die als zodanig per jaar een half miljard euro heeft weg te geven voor wetenschappelijk onderzoek. Engelen was ooit adjunct-directeur generaal van CERN en daar was z’n motto altijd “Door meten tot weten”. Dat wil zeggen dat metingen uitsluitsel moeten geven over theorieën. En daar ben ik het helemaal met Engelen eens. Kortom, het wordt tijd dat snaren, monopolen en gravitatiegolven eens wat empirische onderbouwing krijgen. Genoeg getheoretiseerd. 🙂 Bron: New Scientist.

De grote verdwijntruc

Deze video van psycholoog Richard Wiseman kwam ik tegen. Wel grappig om te bekijken. Werkt ’t beste in full-screen, overigens.

Oorzaak van deze (bekende) truc is de blinde vlek, het deel van het netvlies achter in het oog waar de oogzenuw samenkomt en het oog verlaat. Hier zitten geen lichtgevoelige zenuwcellen, waardoor ieder mens daar feitelijk virtueel blind is. Vandaar de naam blinde vlek. Normaal wordt het aangetoond met een kruisje rechts op de pagina en een rondje links, maar Richard Wiseman heeft er een originele variant op gevonden. Bron: Bad Astronomy + Wikipedia.

AstroTwitter: waar kijkt de telescoop nú naar?

Zo zou Astrotwitter eruit kunnen zien. Credit: Stuart Lowe.

Het idee is fantastisch: laat via Twitter een willekeurige telescoop, bijvoorbeeld de radiotelescoop van Jodrell Bank in Engeland, realtime aan de wereld weten waar op dat moment naar gekeken wordt. Voor de professional die een ‘proposal’ had ingediend een uitgekiende manier om te weten of het instrument inderdaad het door hem/haar voorgestelde object heeft waargenomen, voor de amateur of geïnteresseerde leuk om te weten waar die desbetreffende telescoop op dat moment naar kijkt. Da’s in het notedop het lumineuse idee van AstroTwitter van Stuart Lowe (Jodrell Bank Centre for Astrophysics in Manchester, Engeland), die erop kwam door naar het voorbeeld van de Marslander Phoenix te kijken die vorig jaar ook via Twitter liet weten waar ‘ie mee bezig was. Recente voorbeelden van instrumenten op Twitter zijn Planck en Herschel. De Jodrell Bank radiotelescoop waar Lowe werkt zit zelf ook op Twitter, maar daarop zie je niet wát dat ding op een bepaald moment aan het doen is. Een stap verder in de ontwikkeling van AstroTwitter zou zijn dat de data direct worden verwerkt in bijvoorbeeld Google Sky [1]Onderdeel van Google Earth. of de World Wide Telescope van Microsoft. Dan zou je realtime kunnen ‘zien’ waar een telescoop naar kijkt. Wow! 😀 Eén nadeel: AstroTwitter bestaat nog niet! Oeps, effe geduld nog. Bron: Technology Review.

References[+]

References
1 Onderdeel van Google Earth.

Vuurwerk in de Helixnevel

Vuurwerk in de Helixnevel. Credit: NAOJ/Subaru Telescope)

De Helixnevel (NGC 7293) is een welbekende planetaire nevel 710 lichtjaar van ons vandaan in het sterrenbeeld Waterman (Aquarius). Met behulp van de Japanse Subaru Telescoop op Hawaï hebben ze een deel van die nevel gefotografeer en het resultaat is fenomenaal. De Helixnevel in z’n geheel is al prachtig om te zien (ook in amateurtelescopen overigens), maar de Subaru heeft prachtig de komeetachtige structuren in beeld gebracht. In totaal heeft men zo’n 40.000 van dergelijke bollen met staart in de Helixnevel geteld, allemaal bestaande uit waterstofmoleculen. De totale massa van de bollen bedraagt zo’n 30.000 aardmassa’s en de omvang van zo’n bol is ongeveer vijf keer de omtrek van Pluto’s baan om de zon. Er kunnen in de bollen ook restanten in zitten van vroegere planeten, die ooit om de ster draaiden, welke de Helixnevel heeft veroorzaakt. Voor alle duidelijkheid: de Helixnevel is géén overblijfsel van een gigantische explosie. De centrale ster was er eentje zoals de Zon, alleen in een latere fase van z’n leven. Gedurende tientallen miljoenen jaren blaast zo’n ster langzaam z’n buitenlagen weg en dat levert de nevel op. De stervende ster straalt sterke ultraviolette straling uit, welke ervoor zorgt dat de atomen in de uitdijende gaslagen ioniseren. Normaal zouden de waterstofmoleculen in de bollen door de UV-straling worden vernietigd, maar omdat er ook stof- en gaswolken in de buurt zijn worden ze enigszins beschermd. Maar vroeg of laat zullen de bollen toch vernietigd zijn. Wat er dan overblijft is enkel nog een witte dwerg in het centrum. Bron: Space.com.