Forskare försöker förbättra detekteringen av radiokällor i kosmos

 

Detektion av kompakta och svaga radiokällor med låg frekvens med hjälp av en  total observation av kosmos kommer att vara ett hett ämne i forskningen om kvadratkilometerradiomatrisen (SKA)  (forskning om dataorienterade algoritmer är betydande just nu). Square Kilometre Array (SKA) är ett planerat radioteleskop som väntas bli mycket känsligare än dagens LOFAR och VLA. SKA ska användas till studier av det tidiga universum inom fundamental fysik och kosmologi och för att leta efter signaler från utomjordiska civilisationer

Dr SHAN Hao från Xinjiang Astronomical Observatory vid Chinese Academy of Sciences och hans medarbetare genomförde en preliminär studie om HDR-radiokällans detekteringsalgoritm med högt dynamiskt omfång (HDR) baserat på den fullständiga alternativa datautgåvan 1av TIFR GMRT Sky Survey (TGSS). 

HDR (high dynamic range ) är en teknik som skapar bilder med utökat eller högt dynamiskt omfång (HDR) genom att  kombinera flera exponeringar av samma motiv vid olika exponeringsnivåer

Forskarna föreslog en vinkelupplösnings- och diskrimineringsalgoritm baserad på HDR- komprimeringston- kartläggning och förstärkningskontroll, som var inbäddad i wavelet-ramverket i flera skalor.

"Vår föreslagna algoritm har vissa fördelar. Det undviker oväntade förändringar och förlust av integrerad flödestäthetsinformation som sker i de traditionella metoderna, liksom överdriven och falsk högdynamisk information, säger Dr. SHAN i studien.

Forskarna använde tonmappning som kontroll för att simulera mänskligt visuellt system och anpassade resultaten till att visa enheter genom att minska HDR. detekteringsgrad och falsk detekteringsgrad, samt en uppsättning andra kriterier. 

För närvarande genomför forskarna genomförbarhetsstudie om neurala nätverk och superupplöst bild återställning av radioscener. För att uppnå tillfredsställande resultat för data med högre upplösning kommer algoritmen att förbättras och tillämpas på data från Murchison Wide-field Array (MWA). 

Resultaten publicerades i Astronomy and Computing.

Bild vikipedia   på Bild av radiogalaxen Centaurus A.

Radiogalaxer är stora galaxer, som tillhör de största objekten i universum. En eller två jetstrålar skjuter ut tusentals ljusår från radiogalaxens centrum, och matar in strömmar av gas i jättelika moln på vardera sida av galaxen. Inne i en radiogalax gör en central ring av stoft och damm det omöjligt att se in i kärnan, och att upptäcka svagare jetstrålar.

Finns den kosmiska inflationen?

 

Citat från vikipedia; "Inflation är ett begrepp som används inom kosmologi som hypotetisk förklaring av hur det kan komma sig att universum ser ut att vara likformigt i alla riktningar. Detta har en ren Big Bang-modell annars svårt att förklara. Inflationshypotesen skulle även förklara varför universum är så platt som det förefaller.

Principen är att universum under någon bråkdels sekund nästan direkt efter att Big Bang inleddes expanderade extremt fort - storleken beräknas ha ökat ungefär 1028 gånger."slut citat.

Forskningen som inlägget kommer från nedan är från The Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian is a collaboration between Harvard and the Smithsonian designed to ask—and ultimately answer—humanity's greatest unresolved questions about the nature of the universe. The Center for Astrophysics is headquartered in Cambridge, MA, with research facilities across the U.S. and around the world.

Ett team av astrofysiker därifrån beskriver att kosmisk inflation – är en punkt i universums barndom när rumtiden expanderade exponentiellt. Vilket är vad fysiker kallar "Big Bang"  innebärande då en minimal punkt expanderade  och allt skapades.

Astrofysikerna, från University of Cambridge, University of Trento och Harvard University säger i den nya artikeln att det finns en tydlig och entydig signal i kosmos som kan eliminera inflationen som en möjlighet (till universum). I deras artikel, publicerad i dagarna iThe Astrophysical Journal Letters, hävdas att denna signal - känd som den kosmiska gravitonbakgrunden (CGB) - ska kunna detekteras även om det kommer att bli en enorm teknisk och vetenskaplig utmaning att göra det i praktiken.

"Inflationen teoretiserades för att förklara olika finjusteringsutmaningar för Big Bang”, säger artikelns huvudförfattare Sunny Vagnozzis om är ansluten till Cambridges Kavli Institute for Cosmology och University of Trento. "Det förklarar också strukturens ursprung i vårt universum som ett resultat av kvantfluktuationer."

"Den stora flexibilitet som visas av möjliga modeller för kosmisk inflation som spänner över ett obegränsat landskap av kosmologiska resultat väcker dock oro för att kosmisk inflation inte är falsifierbar även om enskilda inflationsmodeller kan uteslutas. Är det i princip möjligt att testa kosmisk inflation på ett modelloberoende sätt?" frågar sig Vagnozzi.

Vissa forskare väckte oro över kosmisk inflation. 2013 var då Planck-satelliten släppte sina första mätningar av den kosmiska mikrovågsbakgrunden (CMB), vilket är universums äldsta ljus. 

– När resultaten från Planck-satelliten tillkännagavs ansågs det bevisa existensen av kosmisk inflation, säger Avi Loeb, professor i astronomi från Harvard University och Vagnozzis medförfattare till den nya artikeln. "Men några av oss hävdade dock att resultaten kan visa precis motsatsen."

Tillsammans med Anna Ijjas och Paul Steinhardt var Loeb en av de som hävdade att resultaten från Planck visade att inflationen gav fler frågor än den löste och att det var dags att överväga nya idéer om universums början, som till exempel kan det ha börjat, inte med en smäll utan med en studs från ett tidigare sammandragande kosmos.

En intressant tanke vi bör ta på allvar (min anm.).

Kartorna över CMB som släpptes möjliggjordes genom Plancks observationsdata representerar den tidigaste tid i universum mänskligheten kunde "se", 100 miljoner år innan de första stjärnorna bildades. Vi kan inte se längre bakåt i tiden.

"Den faktiska kanten av det observerbara universum är på det avstånd som vilken signal som helst kunde ha färdats vid ljusets hastighetsgräns under de 13,8 miljarder år som förflutit sedan universums födelse", säger Loeb. "Som ett resultat av universums expansion ligger denna kant för närvarande 46,5 miljarder ljusår bort. Den sfäriska volymen inom denna gräns kan liknas en arkeologisk utgrävning centrerad av oss: ju djupare vi undersöker den, desto tidigare är det lager av kosmisk historia  vi avslöjar, hela vägen tillbaka till Big Bang som representerar vår ultimata horisont. Vad som ligger bortom horisonten är okänt."

Det kan vara möjligt att gräva ännu längre in i universums början genom att studera de nästan viktlösa partiklar som kallas neutriner som är de vanligaste partiklarna med massa i universum. Universums  neutriner spreds fritt ungefär en sekund efter Big Bang. Dagens universum måste vara fullt med dessa relik-neutriner från den tiden, säger Vagnozzi.

Vagnozzi och Loeb säger dock att vi kan gå ännu längre tillbaka tidsmässigt genom att spåra gravitoner partiklarna som förmedlar tyngdkraften. 

"Universum var transparent för gravitoner hela vägen tillbaka till det tidigaste ögonblicket som kan spåras med den fysik vi  känner till---" säger Loeb. " En korrekt förståelse av vad som kom före det kräver en prediktiv teori om kvantgravitation som vi inte har i dag.

Vagnozzi och Loeb säger att när universum blev transparent för gravitoner borde en relikbakgrund av termisk gravitationsstrålning med en temperatur på något mindre än en grad över absoluta nollpunkten ha genererats: den kosmiska gravitonbakgrunden (CGB).

Big Bang-teorin tillåter emellertid inte CGB: s existens då den antyder att den exponentiella inflationen i det nyfödda universum utspädde reliker som CGB till en punkt som gör att de inte kan upptäckas.

Detta kan omvandlas till ett test, enligt teamet och tillägger att om CGB upptäcktes skulle detta helt klart utesluta hela det kosmiska inflationsparadigmet vilket inte tillåter dess existens.

Vagnozzi och Loeb hävdar att ett sådant test är möjligt, och CGB kan i princip upptäckas i framtiden om vi utarbetar ett fungerande testverktyg.

Vi får hoppas dessa mätinstrument kan utvecklas  för att få svar på frågorna ovan. Skedde BigBang som vi antar i dag eller var det en effekt av ett äldre universums kollaps?  (min anm,) 

Bild vikipedia på det numera nedlagda Planck teleskopet som nämns ovan. Bilden är en illustration av hur det såg ut därute och i drift.

Den antropiska principen en teori av det mer svårförståeliga slaget.

 

Den antropiska principen är inom kosmologi, fysik och filosofi, idén om att att vissa av universums naturlagar och slumpmässiga egenskaper kort efter BigBang kan härledas till människans uppkomst långt senare. Principen har flera alternativa formuleringar. Men en variant innebär att universum måste ha vissa egenskaper för att tillåta materia och att  intelligenta observatörer ska uppkomma. Syftet med att detta måste ske är att universum önskar att observeras.

Naturens fyra grundläggande krafter kan förklara alla krafter som vi upplever  (och många som vi inte inser att vi upplever ): Tyngdkraft, Den svaga kraften, Elektromagnetism och Den starka kraften

Dessa fyra grundläggande naturkrafter styr allt som sker i universum.

Den svaga kraften kallas även den svaga nukleära interaktionen och är ansvarig för partikelsönderfall. Detta är den bokstavliga förändringen av en typ av subatomär partikel till en annan subatomär partikel. Till exempel, en neutrino som avviker i kurs nära en neutron kan förvandla neutronen till en proton medan neutrinon blir en elektron vid samma skeende.

Den elektromagnetiska kraften, även kallad Lorentz-kraften, verkar mellan laddade partiklar exempelvis negativt laddade elektroner och positivt laddade protoner. Motsatta krafter attraherar varandra, medan liknande krafter avvisas. Ett exempel är magnetism en pluspol kan aldrig sammanslå med en annan pluspol. Ju större laddning, motladdning, desto större elektromagnetisk kraft.

Och precis som gravitationen kan denna kraft kännas  (mätas eller upplevas ex ser vi planeter kretsa runt sin sol) från oändliga avstånd.

Den starka kärnvapeninteraktionen är den starkaste av naturens fyra grundläggande krafter. Den är 6 tusen biljon biljoner biljoner (det är 39 nollor efter siffran 6) gånger starkare än tyngdkraften (det är denna kraft som driver solen och alla andra stjärnor). Kraften binder samman de grundläggande partiklarna av materia och bildar större partiklar. Den håller ihop kvarkar som utgör protoner och neutroner, och en del av den starka kraften håller också ihop protonerna och neutronerna i  atomens kärna.

 

Precis som den svaga kraften fungerar den starka kraften endast när subatomära partiklar är extremt nära varandra. De måste vara någonstans inom 10^-15 meter från varandra, eller ungefär inom diametern på en proton, enligt HyperPhysics webbplats. 

För att ytterligare komplicera förståelsen av universum finns den osynliga sfären av mörk materia och mörk energi vilken utgör ungefär 95 % av universum. Det är oklart om mörk materia och energi består av en enda partikel eller en hel uppsättning partiklar vilka har sina egna krafter och budbärare.

 

Den primära budbärarpartikeln av aktuellt intresse är den teoretiska mörka fotonen som  förmedlar interaktioner mellan det synliga och det osynliga av universum. Om mörka fotoner finns skulle de vara nyckeln till att upptäcka den osynliga världen av mörk materia leda till upptäckten av en femte grundläggande kraft. Hittills finns det dock inga bevis för att mörka fotoner finns.

Jag är skeptisk till teorin och anser den svår att förstå (min anm.) men ville likväl kortfattat försöka visa något om vad den handlar om.

Någon som skrivit om och utarbetat teorin är Nick Bostrom vilken går på djupet i denna sin bok , "Anthropic Bias".

Bild från Bokus bokhandel på boken Anthropic bias av Nick Boström finns i sön

En virtuell simulering av kosmos start och fortsättning har utarbetats

Ett internationellt team av forskare har skapat den mest detaljerade och storskaliga modellen av universum hittills genom en datasimulering de kallar TNG50.

 Detta virtuella universum är på hela 230000000 ljusårs bredd och innehåller tiotusentals föränderliga galaxer på detaljnivå som tidigare endast setts i  Single-Galaxy modeller. Simuleringen spårade här mer än 20000000000 partiklar som representerar mörk materia, gaser, stjärnor och supermassiva svarta hål, under en 13 800 000 000-års period.



Upplösningen och skalan tillät forskarna att samla in viktiga insikter i universums förflutna och avslöja hur galaxer förändrats och hur stjärnors explosioner och svarta hål utlöste den galaktiska evolutionen. Deras resultat publiceras i två artiklar som ska finnas med i december 2019 i tidskriften The journal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 


Simuleringarna består av enorma mängder data där vi kan lära oss mer genom att dissekera och förstå bildandet och utvecklingen av galaxer, säger Paul Torrey, docent i fysik vid University of Florida och medförfattare till studien. "Helt nytt i TNG50, är att du får en stor mängd information och virtuell upplösning av galaxer som ger en tydlig bild av hur den interna strukturen av systemen ser ut då de bildas och utvecklas."


Till simuleringen krävdes 16 000 processorkärnor av Hazel hen, superdatorn i Stuttgart, Tyskland vilken kördes kontinuerligt i mer än ett år. Samma beräkning skulle från ett enda processorsystem behöva  15 000 år för att göra samma beräkningar.


Resultatet kan vara avgörande för att förstå varför vårt universum ses som det är idag 13,8 miljarder  år efter Big Bang. TNG50 tillät forskarna att se på första parkett  hur galaxer kan ha uppstått ur de turbulenta moln av gas strax efter universums födelse. De upptäckte att de diskformade galaxer som är gemensamma för vårt kosmiska grannskap uppstod i denna simulering och producerade interna strukturer, inklusive spiralarmar, utbuktningar och stänger som sträckte sig ut från det centrala supermassiva svarta hål i en galax. 


Det finns en enorm väg framför oss nu när vi har genomfört dessa simuleringar", säger Torrey. "En hel grupp forskare arbetar för att bättre förstå de detaljerade egenskaperna hos de galaxer som bildas och vilka framväxande trender som dyker upp i dessa data."

Vi får (min anm) bara hoppas att de data som matats in för denna simulering är data som har med den verklighet som fanns och finns däruppe och inte bara är önsketänkande på vad vi anser med nuvarande kunskap bör eller borde finnas för simuleringen. Utöver det tolkar jag det som att det svarta hålet i en galax centrum är en utgångspunkt för många händelser i universums uppbyggnad och existens.



Bilden ovan är  från vikimedia

Kosmisk bakgrundsstrålning i hela universum. Nu har ytterligare en källa för denna börjat undersökas.

Men vad är då bakgrundsstrålningen? Som så mycket annat har de svarta hålen en möjlig förklaring till detta. Superstarka svarta hål där gravitationen drar in materia och högenergisk  röntgenstrålning av skilda våglängder utlöses ut i universum

Man kan se det som en kör av bakgrundsstrålning ut i kosmos. Detta löser ytterligare procent av all den bakgrundsstrålning som kan ses i universum och dess källor.

Strålningen härifrån kan även ge besked på vad som finns runt de svarta hålen.

Forskning pågår då vi ännu inte förstår den bakgrundsstrålning vi ser utifrån varifrån dess källa (or) kommer.

För en miljard år sedan uppstod en kosmisk tsunami vilken effekter syns än idag.

Ett kluster av galaxer innehållande gamla röda stjärnor mm krockade för en miljard år sedan. Synen kan ses på natthimlen som en våg och liknas av astronomer som en kosmisk tsunami.

Genom denna krock hände det forskare först aldrig trott vara möjligt. Att denna krock var början på ett bildande av en ny galax av nya stjärnor. Vissa jättestjärnor vilka  funnits enbart en kort tid för att sedan explodera till en nova.

Ett stort antal hamnade  i novatillstånd på grund av den otroligt snabba stjärnbildningen vilket inte enbart ger positiva effekter. Andra blev material till  nya stjärnor med livslängd som vår sol eller längre. Säkert bildas eller bildades även planeter här.

De förstörda stjärnor som i en otrolig hastighet förstörs genom denna kosmiska tsunami ses därför födas på nytt till helt nya stjärnor. Med vissa undantag av de som förblir nova.

Händelsen utspelas långt från vår vintergata och kan inte ses utan skarpa teleskop eller av Hubble  rymdteleskop.

Fenomenet finns i galaxhopen benämnd CIZA J2242.8 + 5301 vilken finns synlig från norra halvklotet i den svagt härifrån synliga stjärnbildenLacerta (Ödlan) 2,3 miljarder ljusår från Jorden själva tsunamin började för ca 1 miljard  år sedan.