Κυριακή, 21 Μαΐου 2017

Πόσα αστέρια υπάρχουν άραγε στο Σύμπαν;

Κοιτώντας ψηλά στον νυχτερινό ουρανό, είναι αρκετά δύσκολο για έναν ερασιτέχνη αστρονόμο, αλλά και για οποιονδήποτε θαυμάζει το μεγαλείο του έναστρου Ουρανού να μετρήσει με γυμνό μάτι τον αριθμό των αστεριών που είναι ορατά. Με μεγαλύτερα τηλεσκόπια, μπορούμε να δούμε περισσότερα αστέρια, γεγονός που καθιστά αδύνατη τη μέτρηση τους λόγω του ότι κάτι τέτοιο θα χρειαστεί πολύ χρόνο. Πώς λοιπόν οι αστρονόμοι …βρίσκουν άκρη με το πόσα αστέρια βρίσκονται στο Σύμπαν;

Εικόνα Νο 1
Μια απεικόνιση του μακρινού Σύμπαντος από το διαστημικό τηλεσκόπιο Χάμπλ.
Εικόνα: NASA


¨Η πρώτη πρόκληση έγκειται στο γεγονός στο να καθορίσουμε τι σημαίνει ο όρος ¨Σύμπαν¨   δήλωσε ο David Kornreich, βοηθός καθηγητής στο Κολλέγιο Ίθακα στη Νέα Υόρκη (Ithaca College). Ήταν ο ιδρυτής του προγράμματος : ¨Ρωτήστε έναν Αστρονόμο¨ (Ask an Astronomer) στο Πανεπιστήμιο του Κορνέλ (Cornell University).

"Δεν ξέρω [την απάντηση] γιατί δεν ξέρω αν το Σύμπαν είναι απείρως τεράστιο ή όχι", είπε. Το παρατηρήσιμο Σύμπαν φαίνεται να πηγαίνει πίσω στο χρόνο κατά περίπου 13,7 δισεκατομμύρια έτη φωτός, αλλά πέρα από αυτό που θα ήταν δυνατό να παρατηρήσουμε, θα μπορούσε να είναι πολύ περισσότερα. Μερικοί αστρονόμοι πιστεύουν επίσης ότι είναι δυνατόν να ζούμε μέσα σε ένα "πολυσύμπαν" όπου θα υπήρχαν και άλλα σύμπαντα όπως τα δικό μας, τα οποία να εμπεριέχονται σε κάποιο είδος μεγαλύτερης οντότητας.

Εικόνα Νο 2

Η απλούστερη απάντηση μπορεί να είναι η εκτίμηση του αριθμού των αστεριών σε έναν τυπικό γαλαξία και στη συνέχεια ο πολλαπλασιασμός του αριθμού αυτού, με τον εκτιμώμενο αριθμό των γαλαξιών στο Σύμπαν. Αλλά ακόμη και αυτό είναι δύσκολο, καθώς για παράδειγμα μερικοί γαλαξίες λάμπουν καλύτερα στο ορατό φως, και μερικοί στο υπέρυθρο (βλ. Αστρονομία Υπέρυθρης Ακτινοβολίας). Υπάρχουν επίσης πολλές δυσκολίες εκτίμησης που πρέπει να ξεπεραστούν.

Εικόνα Νο3 Απεικόνιση βαθέως πεδίου από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Χάμπλ

Τον Οκτώβριο του 2016, ένα άρθρο στο περιοδικό Science (βασισμένο σε εικόνες βαθέως πεδίου από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Χάμπλ) πρότεινε ότι υπάρχουν περίπου 2 τρισεκατομμύρια γαλαξίες στο παρατηρήσιμο Σύμπαν ή περίπου 10 φορές περισσότεροι γαλαξίες από ότι είχε προταθεί προηγουμένως. Σε ένα email σε συνεργασία με τον ιστότοπο Live Science, ο επικεφαλής συγγραφέας Christopher Conselice, καθηγητής αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο του Νότινγχαμ στο Ηνωμένο Βασίλειο, δήλωσε ότι υπάρχουν περίπου 100 εκατομμύρια αστέρια σε ένα μέσο γαλαξία.

Εικόνα Νο4: softpedia.com 

Ωστόσο, τα τηλεσκόπια ενδέχεται να μην μπορούν να παρατηρήσουν όλα τα αστέρια σε έναν γαλαξία. Μια εκτίμηση του 2008 από την Ψηφιακή Εποπτεία του Ουρανού Σλόαν (Sloan Digital Sky Survey)  - η οποία καταγράφει όλα τα παρατηρήσιμα αντικείμενα στο ένα τρίτο του ουρανού - βρήκε περίπου 48 εκατομμύρια αστέρια, περίπου τα μισά από όσα περίμεναν να δουν οι αστρονόμοι. Ένα αστέρι όπως ο δικός μας ήλιος μπορεί να μην εμφανιστεί καν σε έναν τέτοιο κατάλογο. Έτσι, πολλοί αστρονόμοι εκτιμούν τον αριθμό των αστεριών σε έναν γαλαξία που βασίζεται στη μάζα του - αριθμός ο οποίος έχει τις δικές του δυσκολίες προσδιορισμού, αφού η σκοτεινή ύλη και η γαλαξιακή περιστροφή πρέπει να φιλτραριστούν πριν γίνει μια εκτίμηση.

Εικόνα Νο 5. Η ιδιοπεριστροφή του Γαλαξία μας έχει ένα εκατομμύριο φορές περισσότερη επίδραση στην συστροφή του χωρογρόνου στην γειτονιά μας, από όσο η περιστροφή της Γης

Αποστολές όπως η αποστολή Γαία (Gaia mission), μια διαστημική έρευνα του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (European Space Agency -ESO) που ξεκίνησε το 2013, μπορούν να δώσουν περαιτέρω απαντήσεις. Η αποστολή Γαία στοχεύει να χαρτογραφήσει με ακρίβεια περίπου 1 δισεκατομμύριο αστέρια στον Γαλαξία. Βασίζεται στην προηγούμενη αποστολή με την ονομασία ¨Ίππαρχος¨ (Hipparchus mission), η οποία έχει εντοπίσει με μεγάλη ακρίβεια 100.000 αστέρια και έχει επίσης χαρτογραφήσει 1 εκατομμύριο αστέρια με μικρότερη ακρίβεια.

"Η αποστολή της διαστημοσυσκευής Γαία θα παρακολουθεί 70 δισεκατομμύρια στόχους σε ένα πενταετές χρονικό διάστημα, καταγράφοντας ακριβώς τις θέσεις, τις αποστάσεις, τις κινήσεις και τις αλλαγές της φωτεινότητας τους ", δήλωσε ο EΟΔ  στην ιστοσελίδα του. Συνδυάζοντας, αυτές τις μετρήσεις θα δημιουργήσουμε μια άνευ προηγουμένου εικόνα της δομής και της εξέλιξης του γαλαξία μας. Χάρη σε αποστολές όπως αυτές, είμαστε ένα βήμα πιο κοντά στην παροχή μιας πιο αξιόπιστης εκτίμησης σε αυτή την ερώτηση που τέθηκε τόσο συχνά: ¨Πόσα αστέρια υπάρχουν το σύμπαν;¨

Παρατηρήσιμο σύμπαν

Ακόμα κι αν περιορίσουμε τον ορισμό:  "παρατηρήσιμο" Σύμπαν - αυτό που μπορούμε να παρατηρήσουμε – η εκτίμηση του αριθμού των αστεριών μέσα σε αυτό απαιτεί να γνωρίζουμε πόσο μεγάλο είναι το Σύμπαν. Η πρώτη ...επιπλοκή είναι ότι το ίδιο το Σύμπαν διαστέλλεται, και η δεύτερη επιπλοκή είναι ότι η καμπυλότητα του χωροχρόνου.


Εικόνα Νο 6. Το παρατηρήσιμο Σύμπαν Από: Andrew Z. Colvin
Πηγή

 Για να πάρουμε ένα απλό παράδειγμα, το φως από τα αντικείμενα που βρίσκονται μακρύτερα από εμάς θα χρειάζονταν περίπου 13,7 δισεκατομμύρια έτη φωτός για να ταξιδέψει στη Γη, λαμβάνοντας υπόψη ότι τα πολύ νεώτερα αντικείμενα θα επικαλύπτονταν επειδή το φως δεν μπορούσε να μεταδοθεί στο πρώιμο Σύμπαν. Έτσι, η ακτίνα του παρατηρήσιμου σύμπαντος θα πρέπει να είναι 13,7 δισεκατομμύρια έτη φωτός, μιας και το φως έχει απλά πολύ μεγάλη απόσταση να διανύσει για να φτάσει σε μας.

Έτσι όμως πρέπει να έχουν τα πράγματα; "Είναι ένας λογικός τρόπος να ορίσουμε την απόσταση, αλλά όχι όπως ένας σχετικιστής ορίζει την απόσταση", δήλωσε ο Kornreich. Ένας σχετικιστής (relativist) θα χρησιμοποιούσε μια συσκευή όπως ένα μετρικό ραβδί, θα μετρούσε την απόσταση κατά μήκος αυτής της συσκευής και στη συνέχεια θα την επέκτεινε όσο χρειάζονταν.



Αυτό παράγει μια διαφορετική απάντηση, την οποία ορισμένες πηγές ορίζουν ως ακτίνα με μήκος 48 δισεκατομμυρίων έτών φωτός. Ωστόσο, οι τιμή που δίδεται από αυτές τις πηγές διαφέρει για αυτόν τον αριθμό. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο χωροχρόνος είναι κυρτός, έχει αυτό που λέμε καμπυλότητα. Καθώς ο παρατηρητής κάνει τη μέτρηση με το μετρητή-ραβδί, το φως ταξιδεύει ταυτόχρονα επηρεάζοντας τις μετρήσεις.




 Γαλαξιακές παρατηρήσεις

Είναι ευκολότερο να μετράμε αστέρια όταν βρίσκονται μέσα στους γαλαξίες, αφού εκεί συμβαίνει να συσσωρεύονται. Για να αρχίσετε να υπολογίζετε τον αριθμό των αστεριών, θα χρειαστεί να υπολογίσετε τον αριθμό των γαλαξιών και να βρείτε κάποιο μέσο όρο.

Ορισμένες εκτιμήσεις συνδέουν την μάζα των αστεριών του Γαλαξία μας με 100 δισεκατομμύρια «ηλιακές μάζες» ή 100 δισεκατομμύρια φορές τη μάζα τουήλιου. Με βάση τους τύπους των αστεριών μέσα στον γαλαξία μας, αυτό θα μας έδινε έναν αριθμό ίσο με  περίπου 100 δισεκατομμύρια αστέρια στον γαλαξία μας. Κάτι τέτοιο όμως μπορεί να αλλάξει, ωστόσο, ανάλογα με το πόσα αστέρια είναι μεγαλύτερα και πόσα είναι μικρότερα από τον δικό μας ήλιο. Επίσης, άλλες εκτιμήσεις αναφέρουν ότι ο γαλαξίας μας θα μπορούσε να φιλοξενεί 200 δισεκατομμύρια αστέρια ή και περισσότερα.

Ωστόσο ο αριθμός των γαλαξιών είναι ένας εκπληκτικός αριθμός , όπως φαίνεται από μερικά πειράματα απεικόνισης που εκτελούνται από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Χάμπλ. Αρκετές φορές τα τελευταία χρόνια, το διάσημο αυτό Διαστημικό Τηλεσκόπιο έχει στοχεύσει έναν ανιχνευτή του σε ένα μικροσκοπικό σημείο στον ουρανό για να μελετά γαλαξίες, εκτελώντας το αυτή την εργασία πάλι και πάλι, υστέρα από την αναβάθμιση του από αστροναύτες κατά τη διάρκεια της εποχής του Διαστημικού Λεωφορείου (STS).

Μια (φωτογραφική) έκθεση πάνω στα φωτοστοιχεία των φωτογραφικών μηχανών του ΔΤ Χάμπλ, το 1995 ενός μικρού σημείου στην Μεγάλη Άρκτο. αποκάλυψε περίπου 3.000 αμυδρούς γαλαξίες. Την περίοδο 2003, 2004, χρησιμοποιώντας αναβαθμισμένα μέσα, οι επιστήμονες παρατήρησαν ένα μικρότερο σημείο στον αστερισμό Κάμινος ανακαλύπτοντας 10.000 γαλαξίες. Μια ακόμα λεπτομερέστερη έρευνα στον Κάμινο το 2012, με ακόμα καλύτερα μέσα, έδειξε περίπου 5.500 γαλαξίες.

Ο αστροφυσικός Kornreich χρησιμοποιεί μια πολύ πρόχειρη εκτίμηση που θέλει το Σύμπαν να φιλοξενεί 10 τρισεκατομμύρια γαλαξίες. Ο πολλαπλασιασμός αυτού του αριθμού με τα εκτιμώμενα 100 δισεκατομμύρια αστέρια του γαλαξία μας δίνει ένα μεγάλο αριθμό: 1.000.000.000.000.000.000.000.000 αστέρια ή  ο αριθμός «1» με 24 μηδενικά μετά από αυτόν. Ο Kornreich τόνισε ότι ο αριθμός αυτός είναι πιθανώς μια υποεκτίμηση, καθώς πιο λεπτομερείς… ματιές στο Σύμπαν θα αποκαλύψουν ακόμα περισσότερους γαλαξίες.


Από την Elizabeth Howell, Χορηγός:  Space.com

Πηγές υπάρχουν επίσης και στις παραπομπές του κειμένου (οι λέξεις με τα μπλε γράμματα)
         
Απόδοση στα Ελληνικά και Εικόνας Νο 2: Δημήτρης Γκίκας.
Για διορθώσεις, απορίες, ή συμπληρώματα, γράψτε μας: gikasd63@hotmail.com