Astrofizik - Astrophysics

Astrofizik , astronomik nesnelerin ve fenomenlerin incelenmesinde fiziğin yöntem ve ilkelerini kullanan bir bilimdir . Disiplinin kurucularından birinin dediği gibi, Astrofizik "gök cisimlerinin uzaydaki konumları veya hareketlerinden ziyade doğasını - nerede olduklarından ziyade ne olduklarını- belirlemeye çalışır . İncelenen konular arasında Güneş , diğer yıldızlar , galaksiler , güneş dışı gezegenler , yıldızlararası ortam ve kozmik mikrodalga arka planı bulunmaktadır . Bu nesnelerden kaynaklanan emisyonlar elektromanyetik spektrumun tüm bölümlerinde incelenir ve incelenen özellikler parlaklık , yoğunluk , sıcaklık ve kimyasal bileşimi içerir. Astrofizik çok geniş bir konu olduğu için, astrofizikçiler klasik mekanik , elektromanyetizma , istatistiksel mekanik , termodinamik , kuantum mekaniği , görelilik , nükleer ve parçacık fiziği ve atomik ve moleküler fizik dahil olmak üzere birçok fizik disiplininden kavram ve yöntemler uygularlar .

Uygulamada, modern astronomik araştırmalar genellikle teorik ve gözlemsel fizik alanlarında önemli miktarda çalışmayı içerir . Astrofizikçiler için bazı çalışma alanları arasında karanlık madde , karanlık enerji , kara delikler ve diğer gök cisimlerinin özelliklerini belirleme girişimleri ; ve evrenin kökeni ve nihai kaderi . Teorik astrofizikçiler tarafından da çalışılan konular arasında Güneş Sistemi oluşumu ve evrimi ; yıldız dinamikleri ve evrimi ; galaksi oluşumu ve evrimi ; manyetohidrodinamik ; Büyük ölçekli yapısı arasında madde evrenin; kozmik ışınların kökeni ; genel görelilik , özel görelilik , kuantum ve fiziksel kozmoloji , sicim kozmolojisi ve astroparçacık fiziği dahil .

Tarih

1900'lerin başında elemental, güneş ve yıldız spektrumlarının karşılaştırılması

Astronomi, karasal fiziğin çalışmasından uzun zaman önce ayrılmış eski bir bilimdir. Gelen Aristotelesçi dünya görüşünün, gökyüzünde organları değişmeyen olduğu ortaya çıktı küreler dünyevi dünyanın hastaya bölge iken, kimin sadece hareket bir daire üzerinde düzgün hareket oldu büyüme ve çürüme içinde doğal bir hareket düz bir çizgide ve ve sona erdiğinde hareketli nesne amacına ulaştı . Sonuç olarak, göksel bölgenin, karasal alanda bulunandan temelde farklı türden bir maddeden yapıldığı kabul edildi; ya Yangın olarak korunur Plato veya Aether ile sağlanmak suretiyle, Aristoteles . 17. yüzyılda Galileo , Descartes ve Newton gibi doğa filozofları , göksel ve karasal bölgelerin benzer maddelerden yapıldığını ve aynı doğa yasalarına tabi olduğunu savunmaya başladılar . Karşılaştıkları zorluk, bu iddiaları kanıtlayacak araçların henüz icat edilmemiş olmasıydı.

On dokuzuncu yüzyılın büyük bir bölümünde, astronomik araştırmalar, astronomik nesnelerin konumlarını ölçmek ve hareketlerini hesaplamak gibi rutin çalışmalara odaklandı. William Hyde Wollaston ve Joseph von Fraunhofer bağımsız olarak, Güneş'ten gelen ışığı ayrıştırırken çok sayıda karanlık çizginin (daha az ışığın olduğu veya hiç olmadığı bölgeler) gözlemlendiğini keşfettiklerinde , yakında astrofizik olarak adlandırılacak olan yeni bir astronomi ortaya çıkmaya başladı. içerisinde spektrum . 1860'a gelindiğinde fizikçi Gustav Kirchhoff ve kimyager Robert Bunsen , güneş tayfındaki koyu çizgilerin , bilinen gazların tayfındaki parlak çizgilere , özgün kimyasal elementlere karşılık gelen özel çizgilere karşılık geldiğini göstermişlerdi . Kirchhoff güneş tayfında koyu çizgiler neden olduğu sonucuna emme ile kimyasal elementlerin Güneş atmosferde. Böylece Güneş'te ve yıldızlarda bulunan kimyasal elementlerin Dünya'da da bulunduğu kanıtlandı.

Güneş ve yıldız tayflarının çalışmasını genişletenler arasında , 1868'de güneş tayflarında radyant ve aynı zamanda karanlık çizgiler tespit eden Norman Lockyer vardı. Çeşitli sıcaklık ve basınçlardaki elementlerin spektrumlarını araştırmak için kimyager Edward Frankland ile birlikte çalışırken , güneş spektrumundaki sarı bir çizgiyi bilinen herhangi bir elementle ilişkilendiremedi. Böylece çizginin , Güneş'in kişileştirdiği Yunan Helios'tan sonra helyum adı verilen yeni bir elementi temsil ettiğini iddia etti .

1885'te Edward C. Pickering , Harvard Koleji Gözlemevi'nde , özellikle Williamina Fleming , Antonia Maury ve Annie Jump Cannon'dan oluşan bir kadın bilgisayar ekibinin , fotoğraf plakalarına kaydedilen spektrumları sınıflandırdığı iddialı bir yıldız tayfsal sınıflandırma programı başlattı . 1890'a gelindiğinde, onları on üç spektral tipte gruplandıran 10.000'den fazla yıldızdan oluşan bir katalog hazırlandı. Pickering'in vizyonunu takiben, 1924'e kadar Cannon, kataloğu dokuz cilt ve çeyrek milyondan fazla yıldıza genişletti ve 1922'de dünya çapında kullanım için kabul edilen Harvard Sınıflandırma Şemasını geliştirdi .

1895'te George Ellery Hale ve James E. Keeler , Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri'nden on yardımcı editörden oluşan bir grupla birlikte The Astrophysical Journal: An International Review of Spectroscopy and Astronomical Physics'i kurdular . Derginin astronomi ve fizikteki dergiler arasındaki boşluğu doldurması ve spektroskopun astronomik uygulamaları hakkında makalelerin yayınlanması için bir mekan sağlaması amaçlandı; metalik ve gazlı spektrumların dalga boyu belirlemeleri ve radyasyon ve absorpsiyon deneyleri de dahil olmak üzere astronomik fizikle yakından ilişkili laboratuvar araştırmaları üzerine; Güneş, Ay, gezegenler, kuyruklu yıldızlar, meteorlar ve nebula teorileri üzerine; ve teleskoplar ve laboratuvarlar için enstrümantasyon hakkında.

1920 civarında, yıldızları ve evrimlerini sınıflandırmak için hala temel olarak kullanılan Hertzsprung-Russell diyagramının keşfinin ardından , Arthur Eddington , Yıldızların İç Anayasası adlı makalesinde, yıldızlardaki nükleer füzyon süreçlerinin keşfini ve mekanizmasını öngördü . O zaman, yıldız enerjisinin kaynağı tam bir gizemdi; Eddington doğru kaynağı olduğunu füzyon Einstein'ın denklemine göre yüksek enerji serbest helyum hidrojenin E = mc 2 . Bu, özellikle dikkate değer bir gelişmeydi, çünkü o zamanlar füzyon ve termonükleer enerji ve hatta yıldızların büyük ölçüde hidrojenden oluştuğu (bkz. metaliklik ) henüz keşfedilmemişti.

1925'te Cecilia Helena Payne (daha sonra Cecilia Payne-Gaposchkin ), Radcliffe College'da , tayf sınıflarını yıldızların sıcaklığıyla ilişkilendirmek için iyonlaşma teorisini yıldız atmosferlerine uyguladığı etkili bir doktora tezi yazdı . En önemlisi, hidrojen ve helyumun yıldızların ana bileşenleri olduğunu keşfetti. Eddington'ın önerisine rağmen, bu keşif o kadar beklenmedikti ki, tez okuyucuları onu yayımlamadan önce sonucu değiştirmeye ikna etti. Ancak daha sonra yapılan araştırmalar onun keşfini doğruladı.

20. yüzyılın sonunda, astronomik spektrum çalışmaları radyo dalgalarından optik, x-ışını ve gama dalga boylarına uzanan dalga boylarını kapsayacak şekilde genişledi. 21. yüzyılda, yerçekimi dalgalarına dayalı gözlemleri içerecek şekilde daha da genişledi .

gözlemsel astrofizik

X-ışını (mavi), optik (yeşil) ve radyo (kırmızı) dalga boylarında görüntülenen süpernova kalıntısı LMC N 63A. X-ışını parıltısı, süpernova patlaması tarafından üretilen bir şok dalgasıyla yaklaşık on milyon santigrat dereceye kadar ısıtılan malzemeden geliyor.

Gözlemsel astronomi , esas olarak fiziksel modellerin ölçülebilir sonuçlarını bulmakla ilgilenen teorik astrofiziğin aksine, verileri kaydetme ve yorumlama ile ilgilenen astronomi biliminin bir bölümüdür . Teleskop ve diğer astronomik aparatları kullanarak gök cisimlerini gözlemleme uygulamasıdır .

Astrofiziksel gözlemlerin çoğu elektromanyetik spektrum kullanılarak yapılır .

Elektromanyetik radyasyon dışında, Dünya'dan çok uzaklardan kaynaklanan birkaç şey gözlemlenebilir. Birkaç yerçekimi dalgası gözlemevi inşa edilmiştir, ancak yerçekimi dalgalarını tespit etmek son derece zordur. Nötrino gözlemevleri de öncelikle Güneşimizi incelemek için inşa edilmiştir. Çok yüksek enerjili parçacıklardan oluşan kozmik ışınların Dünya atmosferine çarptığı gözlemlenebilir.

Gözlemler ayrıca zaman ölçeklerinde de değişebilir. Çoğu optik gözlem dakikalar ila saatler sürer, bu nedenle bundan daha hızlı değişen fenomenler kolayca gözlemlenemez. Bununla birlikte, bazı nesnelerle ilgili yüzyıllara veya bin yıllara yayılan tarihsel veriler mevcuttur . Öte yandan, radyo gözlemleri olaylara milisaniyelik bir zaman ölçeğinde ( milisaniyelik pulsarlar ) bakabilir veya yılların verilerini birleştirebilir ( pulsar yavaşlama çalışmaları). Bu farklı zaman ölçeklerinden elde edilen bilgiler çok farklıdır.

Kendi Güneşimizin incelenmesi, gözlemsel astrofizikte özel bir yere sahiptir. Diğer tüm yıldızların muazzam uzaklığı nedeniyle Güneş, başka hiçbir yıldızda görülmemiş bir ayrıntıda gözlemlenebilir. Kendi Güneşimiz hakkındaki anlayışımız, diğer yıldızları anlamamız için bir rehber görevi görür.

Yıldızların nasıl değiştiği veya yıldız evrimi konusu, genellikle yıldız türlerinin çeşitlerini, doğumdan yıkıma kadar bir yıldız nesnesinin durumunu temsil ettiği görülebilen Hertzsprung-Russell diyagramında kendi konumlarına yerleştirerek modellenir .

teorik astrofizik

Teorik astrofizikçiler, analitik modelleri (örneğin, bir yıldızın davranışlarını tahmin etmek için politroplar ) ve sayısal sayısal simülasyonları içeren çok çeşitli araçlar kullanırlar . Her birinin bazı avantajları vardır. Bir sürecin analitik modelleri, neler olup bittiğinin özüne dair fikir vermek için genellikle daha iyidir. Sayısal modeller, aksi halde görülemeyecek olan fenomenlerin ve etkilerin varlığını ortaya çıkarabilir.

Astrofizikteki teorisyenler, teorik modeller yaratmaya ve bu modellerin gözlemsel sonuçlarını anlamaya çalışırlar. Bu, gözlemcilerin bir modeli çürütebilecek veya birkaç alternatif veya çelişkili model arasında seçim yapmalarına yardımcı olabilecek verileri aramasına yardımcı olur.

Teorisyenler ayrıca yeni verileri hesaba katmak için modeller oluşturmaya veya değiştirmeye çalışırlar. Bir tutarsızlık durumunda, genel eğilim, verilere uyması için modelde minimum değişiklikler yapmaya çalışmaktır. Bazı durumlarda, zaman içinde büyük miktarda tutarsız veri bir modelin tamamen terk edilmesine yol açabilir.

Teorik astrofizikçiler tarafından çalışılan konular arasında yıldız dinamikleri ve evrim; galaksi oluşumu ve evrimi; manyetohidrodinamik; evrendeki maddenin büyük ölçekli yapısı; kozmik ışınların kökeni; sicim kozmolojisi ve astropartikül fiziği dahil olmak üzere genel görelilik ve fiziksel kozmoloji . Astrofizik görelilik, yerçekiminin araştırılan fiziksel olaylarda önemli bir rol oynadığı büyük ölçekli yapıların özelliklerini ölçmek için bir araç olarak ve kara delik ( astro ) fiziğinin ve yerçekimi dalgalarının incelenmesinin temeli olarak hizmet eder .

Şimdi Lambda-CDM modeline dahil edilen astrofizikte yaygın olarak kabul edilen ve çalışılan bazı teoriler ve modeller , Big Bang , kozmik enflasyon , karanlık madde, karanlık enerji ve temel fizik teorileridir.

popülerleştirme

Astrofiziğin kökleri, aynı yasaların göksel ve karasal alemlere uygulandığı birleşik bir fiziğin on yedinci yüzyılda ortaya çıkışında bulunabilir. Mevcut astrofizik biliminin sağlam temellerini atan hem fizikte hem de astronomide kalifiye bilim adamları vardı. Modern zamanlarda, Kraliyet Astronomi Topluluğu ve önde gelen profesörler Lawrence Krauss , Subrahmanyan Chandrasekhar , Stephen Hawking , Hubert Reeves , Carl Sagan , Neil deGrasse Tyson ve Patrick Moore gibi önemli eğitimciler tarafından popülerleştirilmesi nedeniyle öğrenciler astrofiziğe çekilmeye devam ediyor . Erken, geç ve şimdiki bilim adamlarının çabaları, gençleri astrofizik tarihini ve bilimini incelemeye çekmeye devam ediyor.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar