Välkommen till Resurscentrums frågelåda!

 

Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning
(tips för sökningen).
Använd diskussionsforum om du vill diskutera något.
Senaste frågorna. Veckans fråga.

5 frågor/svar hittade

Universum-Solen-Planeterna [20164]

Fråga:
Jag är fundersam över den mörka materien i universum. Partiklarna bör ju ha samma energi som den kosmiska bakgrundsstrålningen, dvs knappt 3 Kelvin. Energin per partikel blir då sisådär 1/5,000 elektronvolt. Samtidigt är det i galaxer och galaxhopar som man hittat indikation på mörk materia. Så de partiklar som utgör den mörka materien har en hastighet på sisådär 1/1000 av ljushastigheten. I så fall bör ju massan vara 1000*1000 * 1/5,000 elektronvolt = 200 elektronvolt. Men när man letar efter mörk materia så letar man ju efter partiklar som är endera betydligt tyngre eller betydligt lättare. Hur går det ihop?
/Göran J, lund

Svar:
Det är inte klart vad mörk materia är, se fråga 12396 , men det mest sannolika är nog en sorts tunga partiklar (WIMPs, se Weakly_interacting_massive_particles ) som bara växelverkar svagt och med gravitationskraften.

Bilden nedan (från Dark_matter , direktlänk länk 1) visar i blått fördelningen av mörk materia i närheten av en galaxhop. Eftersom mörk materia definitionsvis inte växelverkar elektromagnetiskt är bilden inte en direkt avbildning. Galaxerna har avbildats med Hubble-teleskopet. Fördelningen av mörk materia har anpassats till hur bakom liggande galaxer deformerats genom gravitationslinsning, se Gravitationslins#Studier_av_gravitationslinser .

Det finns inget skäl att temperaturen hos WIMPs skulle vara samma som mikrovågsbakgrunden - det finns ju ingen koppling mellan dem. Man talar både om kalla, varma och heta WIMPs. Temperaturen är ju beroende av medelvärdet av rörelseenergin:

mv2/2 = 3kT/2

dvs

v2 = 3kT/m (1)

Vi ser att låg massa ger hög medelhastighet för given temperatur T. Eftersom hastigheten måste vara mycket mindre än ljushastigheten c för att partiklarna skall vara bundna till galaxhopen (flykthastigheten är mycket mindre än c) behöver man inte använda relativistiska uttryck. Det är även klart att klassiska neutriner inte duger till att förklara den mörka materien eftersom deras hastighet är mycket nära c och de kan inte vara bundna till galaxhopar. Långsamma klassiska neutriner skulle naturligtvis kunna finnas, men det skulle krävas väldigt många av dem.

WIMPs bör alltså ha en ganska stor vilomassa - ju högre vilomassan är desto högre temperatur kan man tillåta. Nuvarande ståndpunkten är att mörk materia till största delen består av kalla och relativt massiva WIMPs.

Se vidare länk 2, Hot_dark_matter , Cold_dark_matter och fråga 14586 .



/Peter E

Nyckelord: mörk materia [16]; gravitationslins [5];

1 https://en.wikipedia.org/wiki/Dark_matter#/media/File:CL0024%2B17.jpg
2 http://w.astro.berkeley.edu/~mwhite/darkmatter/hdm.html

*

Kraft-Rörelse [18739]

Fråga:
Hej! Enligt en tidningsuppgift (SvD, 13/6) blir rum och tid förvrängda kring ett svart hål. Vad skall man förstå med förvrängd tid? Och förvrängt rum? Har det annat utseende än vad vi ser? Är tid och rum oförvrängda här på jorden?
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Jag kan inte hitta artikeln så svaret får bli allmänt hållet.

Det är nog inte konstigare än att rum-tiden är krökt i ett gravitationsfält. Det yttrar sig t.ex. så att ljus avböjs av starka gravitationsfält, se fråga 16021 .

Nedanstående animering (från Black_hole ) visar hur en galax i bakgrunden deformeras av det starka gravitationsfältet från ett svart hål. De ljusstrålar som inte träffar innanför händelsehorisonten för det svarta hålet (dessa försvinner) böjs av och ger en defomerad bild. Precis som om det svarta hålet hade varit en jättelik lins.

Se även Allmänna_relativitetsteorin .



/Peter E

Nyckelord: gravitationslins [5]; svart hål [35];

*

Kraft-Rörelse [16021]

Fråga:
Hur räknar man ut ljuset avböjning vid solen?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej! Ljus som passerar tunga kroppar, tex solen, böjs av något. Vid svarta hål kan man väl få rätt stor avböjning på ljuset. Går det att räkna på vanligt sätt med centripetalkrafter i sådana sammanhang för en foton, som saknar vilomassa? Vilken "massa" skall man använda? Kan man anta att fotonen skulle erfara en centrifugalkraft - om man nu löser problem där sådan används??
/Thomas Å, Arlandagymnasiet, Märsta

Svar:
Ljuset följer den snabbaste vägen som i ett gravitationsfält inte är en rät linje, se fråga 17427 .

Det är ingalunda trivialt att räkna ut avböjningen. Man måste använda hela formalismen för den allmänna relativitetsteorin, se Two-body_problem_in_general_relativity#Approximate_formula_for_the_bending_of_light .

Avböjningen vid solranden ges av uttrycket

df = 4GM/c2b

där G är gravitationskonstanten G = 6.674 10-11 m3s-2kg-1
M är solens massa M = 1.989 1030 kg
c är ljushastigheten c = 2.998 108 m/s
b är solens radie b = 6.955 108 m

Låt oss innan vi räknar ut df se vad den har för dimension

[df] = [m3s-2kg-1]*[kg]/([m2/s2]*[m]) = 1

dvs dimensionslöst som sig bör för en vinkel i radianer.

Vi får

df = 8.494 * 10-6 radianer

Men 1 bågsekund är

2p/(360*60*60) = 4.848 * 10-6 radianer.

Avböjningen i bågsekunder blir alltså

df = (8.494 * 10-6)/(4.848 * 10-6) = 1.75"

För att räkna på ett annat objekt, t.ex. ett svart hål, byter man bara ut massan M och radien b i formeln ovan.

Eddingtons mätningar vid solförmörkelsen 1919, nedanstående bild, (se Tests_of_general_relativity och länk 1) har ifrågasatts, men resultatet av mätningen har senare bekräftats. I vilket fall som helst innebar mätningarna en omedelbar acceptans av den allmänna relativitetsteorin från alla utom möjligen nobelpris-kommitteen.



/Peter E

Nyckelord: relativitetsteorin, allmänna [26]; gravitationslins [5];

1 http://www.aei.mpg.de/einsteinOnline/en/spotlights/light_deflection/index.html

*

Universum-Solen-Planeterna [14468]

Fråga:
Planet som liknar Jorden?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Aftonbladet berättade för ett par dagar sedan om en 'Planet som liknar Jorden'. Kan ni berätta lite mer om upptäckten?
/Sven P

Svar:
Artikeln i Aftonbladet, länk 1, säger inte så mycket så vi får gå till lite mer professionella (åtminstone när det gäller vetenskap) källor: Icy exoplanet brings astronomers closer to home (physorg.com) och orginalartikeln i Nature, länk 2 (tyvärr endast tillgänglig för prenumeranter).

En exoplanet är en planet som cirklar kring en annan stjärna än solen. Man har för närvarande (30 januari 2006) upptäckt 159 exoplaneter, de flesta med spektroskopiska metoder.

Planeten upptäcktes med vad som kallas en gravitationslins . Det går så till att man i ett stort nätverk av flera observatorier (The Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) ) kontinuerligt fotograferar ett rikt stjärnfält. Bilderna analyseras automatiskt, och om man upptäcker att en stjärnas ljusstyrka ändras (man filtrerar bort variabla stjärnor vars verkliga ljusstyrka ändras), så ger man en varning till nätverket.


Gravitationslins

Anledningen till ändringen i ljusstyrka kan vara att en annan svag och normalt osynlig stjärna (i bilden ovan markerad med termen MACHO) passerat precis mellan oss och den avlägsna stjärnan. Ljuset från den senare kommer då att förstärkas (precis som av en vanlig lins) eftersom gravitationen från den mellanliggande stjärnan fokuserar ljuset. Man får en mycket karakteristik ljuskurva, se bilden nedan.


Signal i blått och rött

Kurvan har dels en karakteristisk form och dels påverkas alla färger exakt lika så att förhållandet (nedersta delen) är inom osäkerheten lika med 1.

Man har upptäckt massor av gravitationslinsande stjärnor, men det intressanta med det aktuella fallet (se bilden nedan) är den lilla extratoppen som finns på högersidan av huvudtoppen. Denna extratopp tolkar man som en planet som rör sig kring den mellanliggande stjärnan.


OGLE-2005-BLG-390Lb

Planeten med det inspirerande namnet OGLE-2005-BLG-390Lb har 5 gånger jordens massa och cirklar kring sin M-typ dvärgstjärna på c:a 10 år. Det intressanta med planeten är inte att den är särskilt lovande som möjlig planet som kan innehålla liv (yttemperaturen är c:a 50 K, alltså mycket lägre än jordens c:a 290 K), utan att upptäckten av planetsystem av denna typ kan bekräfta våra idéer om hur planetsystem uppkommer.

Jag bedömer data som mycket övertygande (se figuren ovan från artikeln i Nature) och metoden gravitationslinsning kan säkert vara av stort värde i framtiden eftersom man kan se andra planeter än tunga planeter nära sin stjärna (s.k. hot jupiters) som man upptäckt genom att mäta förskjutningar i stjärnors spektra. För allmän information om exoplaneter se
  The Extrasolar Planets Encyclopaedia
  California & Carnegie Planet Search
  Extrasolar visions
  Planet Quest
/Peter E

Nyckelord: exoplaneter [12]; gravitationslins [5];

1 http://www.aftonbladet.se/vss/nyheter/story/0,2789,768715,00.html
2 http://www.nature.com/nature/journal/v439/n7075/full/nature04441.html

*

Ljud-Ljus-Vågor [1400]

Fråga:
Läste i Illustrerad vetenskap nr 5-98 om ett rymdteleskop med solen som lins. Hur ser formeln ut?
/björn w, Karlbergsgymnasiet, Åmål

Svar:
Tanken är att utnyttja solen som gravitationslins. Ljuset påverkas av gravitationen (tyngdkraften) så att det böjs av. En ljusstråle som passerar nära solranden böjs av 1.74 bågsekunder (1 bågsekund = 1/3600 grad) enligt Einsteins allmäna relativitetsteori. (Den teorin beskriver egentligen rummet som krökt och att ljuset går rakt i detta rum.) Parallella strålar som passerar nära solranden kommer då att brytas samman till en "brännpunkt" som ligger ganska långt bort, 550 AE (1 AE = jordbanans radie = 150 miljoner km). Härifrån skulle man se himlakroppar bakom solen förstorade. Förstoringen blir inte särskilt stor, och svårigheterna att genomföra det är oerhörda. Artikeln ger en helt orealistisk bild av vad som kan åstadkommas.

Gravtationslinser är i alla fall i praktiken påvisade, och när det gäller stora massor, som galaxhopar kan fenomenet vara påtagligt. Hubble-teleskopet har tagit flera bilder där man ser bakomliggande galaxer förstorade och förvrängda av galaxhopens gravitation. Med hjälp av dessa bilder kan man "väga" hopen och beräkna hur materien är fördelad. I ett fall ser man samma galax avbildad på 5 olika ställen. Du kan titta på den på länk 1 och bilden nedan. Läs gärna den beskrivande texten.

Räkna ut solens "brännvidd" som gravitationslins. Solradien är 0.7 miljoner km. Övriga uppgifter du behöver finns i detta svar.

Svar: 480 AE. I artikeln anges 550 AE. Man har kanske räknat ut det på ett lite annorlunda sätt. Ska man göra det riktigt, ska man ta med ljus som passerar lite längre från solen, och inte bara strålarna som går precis vid solranden.



/KS/lpe

Se även fråga 1328

Nyckelord: gravitationslins [5]; Illustrerad Vetenskap [17]; relativitetsteorin, allmänna [26];

1 http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/1996/10/

*

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord: (Enda villkor)
Definition: (Enda villkor)
 
 

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.

 

 

Frågelådan innehåller 7179 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-09-20 12:13:24.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.