Senin, 15 Desember 2008

Chandra Telescope Searches for Antimatter from hans

 
The Bullet Cluster.
Credit: X-ray: NASA/CXC/CfA/M.Markevitch et al.;
Optical: NASA/STScI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.


Say the word "antimatter" and immediately people think of science fiction – anti-universes, fuel for the Enterprise's warp-speed engines and so forth. But Captain, we can't change the laws of physics; antimatter is the real deal. Antimatter is made up of elementary particles, each of which has the same mass as their corresponding matter counterparts –protons, neutrons and electrons — but the opposite charges and magnetic properties. When matter and antimatter particles collide, they annihilate each other and produce energy according to Einstein's famous equation, E=mc2. But antimatter isn't something that's available on every corner drugstore (and neither is plutonium, to continue with the movie theme) and there's not very much of it around, so it seems. But, according to theory, it wasn't always that way, and scientists are using the Chandra X-ray Observatory to hunt for evidence of antimatter that was present in the very early universe. And it's not an easy job…

According to the Big Bang model, the Universe was awash in particles of both matter and antimatter shortly after the Big Bang. Most of this material annihilated, but because there was slightly more matter than antimatter - less than one part per billion - only matter was left behind, at least in the local Universe.

Trace amounts of antimatter are believed to be produced by powerful phenomena such as relativistic jets powered by black holes and pulsars, but no evidence has yet been found for antimatter remaining from the infant Universe.

How could any primordial antimatter have survived? Just after the Big Bang there was believed to be an extraordinary period, called inflation, when the Universe expanded exponentially in just a fraction of a second.

"If clumps of matter and antimatter existed next to each other before inflation, they may now be separated by more than the scale of the observable Universe, so we would never see them meet," said Gary Steigman of The Ohio State University, who conducted
the study. "But, they might be separated on smaller scales, such as those of superclusters or clusters, which is a much more interesting possibility."

Illustration of Antimatter/Matter Annihilation. (NASA/CXC/M. Weiss)

In that case, collisions between two galaxy clusters, the largest gravitationally-bound structures in the Universe, might show evidence for antimatter. X-ray emission shows how much hot gas is involved in such a collision. If some of the gas from either cluster has particles of antimatter, then there will be annihilation and the X-rays will be accompanied by gamma rays. Steigman used data obtained by Chandra and now de-orbited Compton Gamma Ray Observatory to study the Bullet Cluster, where two large clusters of galaxies have crashed into one another at extremely high velocities. At a relatively close distance and with a favorable side-on orientation as viewed from Earth, the Bullet Cluster provides an excellent test site to search for the signal for antimatter.

"This is the largest scale over which this test for antimatter has ever been done," said Steigman, whose paper was published in the Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. "I'm looking to see if there could be any clusters of galaxies which are made of large amounts of antimatter." The observed amount of X-rays from Chandra and the non-detection of gamma rays from the Compton data show that the antimatter fraction in the Bullet Cluster is less than three parts per million. Moreover, simulations of the Bullet Cluster merger show that these results rule out any significant amounts of antimatter over scales of about 65 million light years, an estimate of the original separation of the two colliding clusters. "The collision of matter and antimatter is the most efficient process for generating energy in the Universe, but it just may not happen on very large scales," said Steigman. "But, I'm not giving up yet as I'm planning to look at other colliding galaxy clusters that have recently been discovered." Finding antimatter in the Universe might tell scientists about how long the period of inflation lasted. "Success in this experiment, although a long shot, would teach us a lot about the earliest stages of the Universe," said Steigman. Tighter constraints have been placed by Steigman on the presence of antimatter on smaller scales by looking at single galaxy clusters that do not involve such large, recent collisions.

Source: Chandra/Harvard and written by Nancy Atkinson

Senin, 01 Desember 2008

MENGHITUNG SATUAN ASTRONOMI

Pendahuluan
Mungkin Anda pernah mendengar istilah AU. AU adalah singkatan dari Astronomical Unit.

Satu AU sama dengan jarak RATA-RATA Matahari ke Bumi

Nilai eksak AU yang saat ini diterima adalah 149.597.870.691 ± 30 meter (sekitar 150 juta kilometer atau 93 juta mil). Untuk keperluan perhitungan sehari-hari sering diambil 1,496 x 108 km.

Satuan AU umumnya digunakan untuk menyatakan jarak benda-benda yang ada di tata surya. Alasannya adalah agar jarak benda-benda di tata surya (planet, asteoroid, dll) mudah dibandingkan dengan jarak Matahari-Bumi. Misalkan, planet Jupiter dikatakan berjarak 5,2 AU dari Matahari berarti jarak Jupiter-Matahari 5,2 kali jarak Bumi-Matahari.

Bagaimana menghitung AU?
Sebelum kita mulai membahas bagaimana para ahli menghitung besarnya satu AU, Anda sebaiknya memahami Hukum Kepler, khususnya Hukum Kepler ketiga.

Hukum ini menyatakan bahwa perbandingan pangkat tiga jarak suatu objek terhadap kuadrat periode revolusinya adaah konstan jika mengorbit objek yang sama (misalnya, semua planet memiliki nilai konstanta yang sama karena sama-sama mengitari Matahari tetapi Bulan tidak mempunyai nilai konstanta yang sama dengan planet karena Bulan mengorbit Bumi, bukan Matahari). Jika dinyatakan dalam bentuk persamaan, Hukum Ketiga Kepler berbentuk:

(a3/P2)1 = (a3/P2)2 = konstan

dengan : a = jarak objek dan P = periode orbit.

Sebenarnya banyak cara untuk menentukan jarak Bumi-Matahari. Salah satu teknik yang paling modern yang cukup teliti adalah dengan menggunakan radar.

Pengamatan dengan radar ini pertama kali dilakukan oleh Lincoln Laboratory, Massachusetts Institute of Technology pada tahun 1958 dengan mengirim gelombang radar berfrekuensi 440 Megahertz ke planet Venus.

Untuk penentuan ini diandaikan orbit Bumi dan Venus berbentuk lingkaran. Asumsi ini hanya mengurangi seidkit akurasi perhitungan karena orbit Venus memang hampir berupa lingkaran sempurna (eksentrisitas orbit Venus = 0,00677323).

Dari pengamatan, diketahui bahwa periode orbit Bumi adalah,
PB = 365,25 hari
Periode orbit Venus adalah,
PV = 224,7 hari

Dari hukum Kepler ke-3 (a3 ~ P2)
aV/aB = (PV/PB)2/3

Dari data di atas :
aV/aB = (224,7/365,25)2/3 = 0,72
atau, aV = 0,72 aB

Ilustrasi perhitungan ini ditunjukkan dalam gambar di bawah ini:


Menghitung Satuan Astronomi (Astronomical Unit)

Dengan menggunakan aturan cosinus:


Lalu, subtistusikan : aV = 0,72 aB ke dalam persamaan di atas dan akan diperoleh:

Nilai d dapat ditentukan dengan radar. Gelombang radar dipancarkan dari Bumi dan ditangkap sinyal pantulannya. Selang waktu kedua sinyal (sinyal utama dan sinyal pantulan) dapat digunakan sebagai skala jarak. Persamaan yang digunakan adalah:
t = 2d c
dengan :
d = jarak antara objek pemancar sinyal (Bumi) dan objek pemantul sinyal (Venus) (diambil pada saat jarak terdekat Bumi-Venus)
t = waktu yang ditempuh oleh gelombang radar Bumi- Venus- Bumi
c = kecepatan gelombang elektromagnetik (cahaya, gelombang radar, dll) = 299.792.458 m/s

Nilai α juga dapat diamati dari Bumi karena α menyatakan jarak sudut (sudut pisah) antara Venus dan Matahari saat teramati dari Bumi (jarak sudut adalah jarak antara dua objek dinyatakan dalam satuan sudut). Nilai α tergantung pada posisi Bumi-Venus pada saat pengukuran.

Dengan memasukan harga d dan hasil pengamatan, diperoleh,
aB = 1,496 x 1013 cm = 1 AU

Beberapa pendekatan yang digunakan dalam perhitungan ini adalah:
1. Orbit Bumi dan orbit Venus mengedari Matahari tidak berupa lingkaran sempurna, tapi berupa elips dengan eksentrisitasnya sangat kecil (eksentrisitas orbit Venus = 0,00677323). Jadi, orbit Bumi dan orbit Venus praktis dapat dianggap berupa lingkaran.
2.Selain itu juga bidang orbit Venus tidak sebidang dengan bidang orbit Bumi, tetapi membentuk sudut 3o23’. Kemiringan bidang orbit ini cukup kecil.
Jadi, sekarang Anda sudah tahu bagaimana salah satu metode menghitung jarak Bumi-Matahari yang dijadikan unit (satuan) jarak benda-benda lain di tata surya kita ini.

Salah satu metode lain untuk menghitung AU dengan ketelitian yang lebih rendah adalah menggunakan peristiwa transit Venus. Ketelitian yang lebih rendah disebabkan sulitnya menentukan secara pasti waktu kontak I (saat piringan Venus menyentuh piringan Matahari) dan kontak IV (saat piringan Venus meninggalkan piringan Matahari). Efek ini dikenal dengan blackdrop effect. Transit Venus adalah peristiwa ketika piringan Venus lewat di "depan" piringan Matahari (nampak seperti noda hitam di permukaan Matahari).



Peristiwa ini terakhir terjadi pada tanggal 8 Juni 2004 dan akan terjadi lagi pada tanggal 6 Juni 2012. Transit berikutnya lagi akan terjadi ratusan tahun lagi (pada 11 Desember 2117).

Data hasil pengamatan transit Venus tahun 1761 dan 1769 (oleh Edmund Halley):

The Observed Tracks of Venus across the Face of the Sun during the Transits of 1761 and 1769

Metode perhitungannya diajukan oleh Halley pada tahun 1776:

Dari gambar di atas dapat ditemukan hubungan:
D = d . Lv/(LE - Lv ) (dari hubungan kesebangunan segitiga)

Ratio Lv/LE dapat diketahui dari Hukum Ketiga Kepler. Secara kasar, nilai sama dengan sin θ (dimana θ adalah sudut elongansi terbesar planet Venus - lihat gambar di bawah ini)

Jadi, D = d . sin θ. LE/(LE( 1 - sin θ)) = d . sin θ/( 1 - sin θ)

Oleh sebab itu, dari ratio D/H (lihat gambar sebelumnya), nilai H (diameter Matahari) dapat dhitung. Kemudian, nilai paralaks Matahari dan jarak Matahari dari Bumi (1 AU) dapat dihitung. Memang metode ini, nampak lebih sulit dibandingkan metode dengan radar tetapi pada saat itu belum ada cara langsung untuk mengukur jarak Bumi ke Venus.
Sekarang Anda diminta untuk mencoba menghitung jarak Bumi-Matahari berdasarkan metode Halley. Diketahui paralaks Matahari hasil perhitungan Halley antara 8.55" sampai 8.88". Jawabannya boleh disampaikan lewat kolom komentar.

Sumber :
Slide kuliah Astrofisika 1 : Bab Besaran Mendasar dalam Astrofisika, oleh Dr. Djoni N. Dawanas, ITB.
wikipedia.org
The transit of Venus and The Quest For the Solar Parallax, by David Sellers (Leeds, England)
NASA

DATA INI DIAMBIL DARI BLOGS HANSGUNAWAN