Παρασκευή, 17 Φεβρουαρίου 2017

Αρχέγονο φως αποκαλύπτει τη δομή του Σύμπαντος



Το φως που είναι σχεδόν τόσο παλαιό όσο και το Σύμπαν, χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη προσομοιώσεων για το πώς αναπτύχθηκαν οι πρώτοι Γαλαξίες, καθώς ειδικοί των προσομοιώσεων με υπολογιστές μπορούν πλέον να ασχοληθούν με τις εσωτερικές διεργασίες των άστρων.

Το φως, από τους μακρινούς Γαλαξίες, μπορεί να χρειαστεί πολλές χιλιετίες για να διασχίσει την απεραντοσύνη του Διαστήματος. Οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν αυτή τη φυσική μορφή του ταξιδιού στο χρόνο για να παρατηρήσουν τις πρώτες ημέρες του Σύμπαντος.


Με την κατασκευή ιδιαίτερα ευαίσθητων δορυφόρων, είναι σε θέση να ανιχνεύσουν το αχνό φως από τους πλέον απομακρυσμένους Γαλαξίες, παρατηρώντας τους όπως ήταν όταν πρωτοσχηματίστηκαν.    

Οι αστρονόμοι μπορούν να ανιχνεύσουν ¨αχνό¨ φως από μακρινούς Γαλαξίες, και να κατανοήσουν πότε πρωτοσχηματίστηκαν . Εικόνα: «Στιγμιότυπο από την ταινία με τεχνολογία IMAX® 3D, Κρυμμένο Σύμπαν (Hidden Universe) η οποία δείχνει το Νεφέλωμα της Τρόπιδας.  Από το ESO / T. Preibisch και έχει αδειοδοτηθεί από CC BY 4.0

Για να μπορέσει να γίνει όλο αυτό ένας χάρτης του πρώιμου Σύμπαντος, οι κοσμολόγοι χρησιμοποιούν ένα φαινόμενο που είναι παρόμοιο με αυτό που ακούτε όταν ένα ασθενοφόρο απομακρύνεται με ταχύτητα μακριά σας.

Σε κοσμολογική κλίμακα, αν ένας αστρονόμος γνωρίζει την αρχική συχνότητα του φωτός από έναν Γαλαξία, τότε μπορεί να προσδιορίσει τη θέση του.

¨Λόγω της διαστολής του Σύμπαντος ... όσο αυτή η συχνότητα μετατοπίζεται προς χαμηλότερες συχνότητες, τόσο πιο μακριά βρίσκεται ο Γαλαξίας που τις εκπέμπει¨, εξηγεί ο καθηγητής Χάνς Κρίστιαν Έρικσεν (Hans Kristian Eriksen) από το Πανεπιστήμιο του Όσλο, στη Νορβηγία.

Ένα νέο πείραμα που ονομάζεται COMAP, με επικεφαλής τον Δρ Κιέραν Κλίαρυ (Kieran Cleary) του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνια (California Institute of Technology), στις ΗΠΑ, χρησιμοποιεί φως από μονοξείδιο του άνθρακα, το οποίο λάμπει σε μια γνωστή αρχική συχνότητα, και μπορεί να βρεθεί σε σχετική αφθονία στους Γαλαξίες. Το πείραμα παρακολουθεί την μετατόπιση συχνότητας λόγω της διαστολής του Σύμπαντος.

Η ανάλυση αυτών των παρατηρήσεων θα έχει σαν  επικεφαλής τον Δρ ΄Ινγκαμ Γουϊχας (Ingunn Wehus) στο Πανεπιστήμιο του Όσλο.

Με τη λήψη εικόνων από ίδιους Γαλαξίες σε διαφορετικές συχνότητες φωτός, οι αστρονόμοι μπορούν να παρακολουθούν την ανάπτυξή τους.

¨Ουσιαστικά, ο στόχος μας είναι να δημιουργήσουμε ένα βίντεο από νεαρούς Γαλαξίες όταν εκείνοι …μεγαλώνουν¨, εξήγησε ο καθηγητής Έρικσεν.

Κάθε ¨πλαίσιο¨ (καρέ) του βίντεο θα καλύψει μισό εκατομμύριο χρόνια, και ολόκληρο το βίντεο θα καλύψει τελικά 500 εκατομμύρια χρόνια.

Βαθύ Διάστημα

Η παραγωγή αυτών των εικόνων απαιτεί δύο παράγοντες. Εξαιρετικά ακριβείς συσκευές για την καταγραφή του αδύναμου, αρχαίου φωτός, και ισχυρών μαθηματικών προγραμμάτων, για να εξαχθούν οι εικόνες αυτές, οι οποίες επηρεάζονται από το θόρυβο του περιβάλλοντος, όπως είναι το φως από το δικό μας Γαλαξία.

Ωστόσο, αυτό είναι πλέον εφικτό καθώς τα τηλεσκόπια βαθέως Διαστήματος έχουν βελτιωθεί, και οι ερευνητές έχουν έναν πλούτο από προηγούμενες εμπειρίες εξαγωγής ασθενών σημάτων από ¨θορυβώδη¨ δεδομένα.

Μέρος αυτής της εμπειρίας προέρχεται από το χρηματοδοτούμενο από την ΕΕ πρόγραμμα ¨ΑΝΙΣΟΤΡΟΠΙΚΟ ΣΥΜΠΑΝ¨ (ANISOTROPIC UNIVERSE) του Καθηγητή Έρικσεν, το οποίο έληξε το 2015.

Εικόνα:  Berkeley Lab https://flic.kr/p/bLoub6

Κατά τη διάρκεια αυτού του έργου, ανέλυσαν ένα άλλο σήμα από την Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου [Cosmic Microwave Background (CMB)] από το πρώιμο Σύμπαν. Η ιδέα ήταν να καθοριστεί εάν οι διακυμάνσεις που παρατηρούνται στην ΚΑΥ ήταν κοσμολογικές, ή παράγονται λόγω του θορύβου από το φως του δικού μας Γαλαξία, ή και ακόμα από σφάλματα οργάνων.

Στο πρόγραμμα ¨ΑΝΙΣΟΤΡΟΠΙΚΟ ΣΥΜΠΑΝ¨ , το φως από το διοξείδιο του άνθρακα θεωρείται ότι ήταν στην πραγματικότητα μια  ¨μόλυνση¨ στα δεδομένα της ΚΑΥ.

Λέγεται συχνά ότι ¨ο θόρυβος ενός ατόμου, μπορεί να υποδηλώνει την παρουσία ενός άλλου¨, δήλωσε ο καθηγητής Έρικσεν. ¨Και αυτό είναι που συμβαίνει εδώ¨.


Τα Μαθηματικά

Αυτό που στηρίζει το όλο έργο είναι τα ισχυρά μαθηματικά που μπορούν να διαχωρίσουν τα διαφορετικά είδη φωτός. Είναι επίσης τα περίπλοκα μαθηματικά εκείνα που επιτρέπουν τη παραμετροποίηση, την ¨μοντελοποίηση ¨αν θέλετε από ένα άλλο έργο, το οποίο φιλοδοξεί να προσομοιώσει το πώς η θερμότητα κινείται μέσα στα αστέρια.

Το εσωτερικό των άστρων αποτελείται από ¨κελύφη¨ αναταραχών, που εναλλάσσονται με ζώνες ηρεμίας και σταθερότητας. Κατανοώντας τον τρόπο με τον οποίο η ύλη και η θερμότητα μεταφέρονται μεταξύ των ζωνών αυτών, θα μπορούσαμε να βελτιώσουμε την κατανόηση μας για της εξέλιξη των αστέρων.

Εκτός και αν υπάρξει κάποιο πρόβλημα – τα μοντέλα των άστρων στις προσομοιώσεις είναι πολύ δύσκολο να δημιουργηθούν σε μία διάσταση, πόσο μάλλον σε τρεις. Και επί πλέον, τα μοντέλα αυτά πρέπει να προσομοιώσουν διεργασίες για πολλές εκατοντάδες ή χιλιάδες χρόνια της ζωής ενός άστρου, αλλά ακόμη και με τη χρήση υπερυπολογιστών, τα τρέχοντα αυτά μοντέλα μπορούν να αναδημιουργήσουν μόνο χρονικές περιόδους μηνών ή το πολύ ετών.

Ωστόσο, το χρηματοδοτούμενο από την ΕΕ πρόγραμμα TOFU,  έχει δημιουργήσει ένα νέο εργαλείο, γνωστό ως ¨ΜΟΥΣΙΚΗ¨, το οποίο κάνει τα ρεαλιστικά τρισδιάστατα μοντέλα των άστρων πραγματικότητα.

 Η …¨ΜΟΥΣΙΚΉ¨ είναι σε θέση να το κάνει αυτό, επειδή χρησιμοποιεί έξυπνα μαθηματικά για να περιγράψει το τι συμβαίνει μέσα σε ένα αστέρι σε σημεία του διαστήματος που είναι πολύ μακριά στο χρόνο. Προηγούμενα μοντέλα μπορούσαν να περιγράψουν μόνο την τρέχουσα κατάσταση ενός αστεριού βασιζόμενα σε πολύ πρόσφατους υπολογισμούς, που τα καθιστά λιγότερο αποτελεσματικά όταν προσομοιώνονται για μεγάλο χρονικό διάστημα.     

Σήμερα, οι αστρονόμοι έχουν στη διάθεσή τους δορυφόρους, που μπορούν να ανιχνεύσουν τις εσωτερικές λειτουργίες μακρινών άστρων. Η ομάδα του TOFU συνέκρινε τα αποτελέσματα των μοντέλων τους σε αυτές τις παρατηρήσεις και διαπίστωσε ότι τα μοντέλα τους αυτά μπορούν να δώσουν μια πολυπόθητη εξήγηση για τα ληφθέντα δεδομένα.

¨Νομίζω ότι αυτό δείχνει τη δύναμη της αριθμητικής προσέγγισή μας με την ΜΟΥΣΙΚΗ, γιατί μπορεί να καλύψει μεγάλες χρονικές κλίμακες, και έτσι να ληφθούν πολλά δεδομένα ... το οποίο προηγούμενα δεν ήταν δυνατό¨, δήλωσε η κύρια ερευνήτρια του έργου καθηγήτρια ΄Ιζαμπέλ Μπαράφ (Isabelle Baraffe), του Πανεπιστημίου του Έξετερ , στο Ηνωμένο Βασίλειο.

Η ομάδα του TOFU θα χρησιμοποιήσει τώρα τα ¨εργαλεία¨ που διαθέτει και σε άλλες περιοχές όπου η μεταφορά της θερμότητας είναι σημαντική, όπως είναι τα καιρικά συστήματα στη Γη.

Για να το κάνουν αυτό, συνεργάζονται με την Met Office UK για τη βελτίωση των καιρικών μοντέλων τους. Εξηγώντας η Δρ. Μπαράφ δήλωσε, ¨Νομίζω ότι αυτό είναι ενδιαφέρον, διότι τώρα συντελείται πραγματικά μια διεπιστημονική δραστηριότητα, και το έργο μας θα μπορούσε επίσης να έχει αντίκτυπο και σε άλλους, πιο εφαρμοσμένους τομείς¨.


Από τον Alan Archer-Boyd



Πηγές:  horizon-magazine.eu
             el.wikipedia.org
            mn.uio.no/astro/english/research/projects/comap/
            iop.fnwi.uva.nl/grappa/anisotropies/
            astronomyisawesome.com/universe/the-age-of-the-universe/

Αρχική εικόνα: “Lambda-Cold Dark Matter, Accelerated Expansion of the Universe, Big Bang-Inflation” by Design Alex Mittelmann, Coldcreation. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons – https://goo.gl/Q6aR1w

Απόδοση στα Ελληνικά : Δημήτρης Γκίκας.
Για διορθώσεις, απορίες, ή συμπληρώματα γράψτε μας: gikasd63@hotmail.com