Σάββατο, 14 Ιουλίου 2018

Νέα Φυσική ; Ίσως

"Βρισκόμαστε σε μεγάλη αμηχανία" - Τα ευρήματα της διαστημοσυσκευής Γάιας και του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble μπορούν να αποκαλύψουν μια "νέα φυσική για το Σύμπαν...



...Τα από κοινού νέα δεδομένα από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Γαία και το Διαστημικού Τηλεσκοπίου Χάμπλ βρίσκονται σε σοβαρή σύγκρουση με τα δεδομένα της Κοσμικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου", δήλωσε το μέλος της ομάδας Planck, George Efstathi, του Ινστιτούτου Κοσμολογίας Kavli στο Κέιμπριτζ. Τα αποτελέσματα δίνουν τροφή στην ασυμβατότητα μεταξύ των μετρήσεων για τον βαθμό διαστολής του λεγόμενου κοντινού μας Σύμπαντος, και εκείνων του απομακρυσμένου, αρχέγονου Σύμπαντος - πριν ακόμη δημιουργηθούν τα αστέρια και οι γαλαξίες.


Αυτή η αποκαλούμενη "ένταση" υποδηλώνει ότι θα μπορούσε να υπάρξει μια νέα φυσική η οποία να στηρίζει τα "θεμέλια" του σύμπαντος. Οι πιθανότητες περιλαμβάνουν τη δύναμη αλληλεπίδρασης της σκοτεινής ύλης, τη σκοτεινή ενέργεια η οποία είναι ακόμη πιο εξωτική από ότι είχε προηγουμένως θεωρηθεί, ή υπάρχει ένα άγνωστο νέο σωματίδιο στο "υφαντό" του διαστήματος.

Συνδυάζοντας παρατηρήσεις από το διαστημικά τηλεσκόπια Χάμπλ της NASA και Γαία του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA) (στη παρακάτω εικόνα), οι αστρονόμοι εκλέπτυναν την προηγούμενη τιμή για τη σταθερά του Χάμπλ, τον ρυθμό με τον οποίο το Σύμπαν διαστέλλεται από την Μεγάλη Έκρηξη πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια.



Όμως, καθώς οι μετρήσεις έγιναν ακριβέστερες, η αποφασιστικότητα της ομάδας για τη σταθερά του Χάμπλ βρισκόταν όλο και περισσότερο σε αντίθεση με τις μετρήσεις από ένα άλλο διαστημικό παρατηρητήριο, την αποστολή Πλάνκ του ΕΟΔ, η οποία φέρνει στο προσκήνιο μια διαφορετική προβλεπόμενη τιμή για τη σταθερά του Χάμπλ.


Το διαστημικό τηλεσκόπιο Πλανκ χαρτογράφησε το αρχέγονο Σύμπαν όπως αυτό εμφανίστηκε 360.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Σε ολόκληρο τον ουρανό είναι αποτυπωμένη η "υπογραφή" της Μεγάλης Έκρηξης κωδικοποιημένη, κρυμμένη αν θέλετε μέσα στα μικροκύματα. Το ΔΤ Πλανκ μέτρησε τα μεγέθη των ρυτιδώσεων στη Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου (CMB) οι οποίες δημιουργήθηκαν από ελαφρές ανωμαλίες στην πύρινη γένεση της Μεγάλης έκρηξης. Οι μικρές λεπτομέρειες αυτών των ρυτιδώσεων κωδικοποιούν πόση σκοτεινή και φυσική ύλη υπάρχει, την τροχιά του Σύμπαντος εκείνη την εποχή, και άλλες κοσμολογικές παραμέτρους.


Οι μετρήσεις αυτές, που εξακολουθούν να αξιολογούνται, επιτρέπουν στους επιστήμονες να προβλέψουν πώς το πρώιμο σύμπαν πιθανότατα εξελίχθηκε με το ρυθμό διαστολής που μπορούμε να μετρήσουμε σήμερα. Ωστόσο, αυτές οι προβλέψεις δεν φαίνεται να ταιριάζουν με τις νέες μετρήσεις του κοντινού, σύγχρονου μας Σύμπαντος.   


"Η "ένταση" φαίνεται να έχει εξελιχθεί σε μια πλήρης ασυμβατότητα μεταξύ των απόψεών μας για το πρώιμο και το τωρινό Σύμπαν", δήλωσε ο επικεφαλής της ομάδας και βραβευμένος με Νόμπελ Adam Riess του Ινστιτούτου Επιστήμης Διαστημικού Τηλεσκοπίου (Space Telescope Science Institute), και του Πανεπιστημίου Johns Hopkins στη Βαλτιμόρη, του Μέριλαντ. "Σε αυτό το σημείο, είναι σαφές ότι δεν είναι απλώς ένα μείζον λάθος σε οποιαδήποτε μέτρηση. Είναι σαν να προβλέπετε πόσο ψηλό θα γίνει ένα παιδί από ένα αναπτυξιακό διάγραμμα και έπειτα βλέπετε τον ή την ενήλικα που ξεπέρασε πολύ την πρόβλεψη αυτή. Βρισκόμαστε σε μεγάλη αμηχανία. "

Το 2005, η Riess και τα μέλη της ομάδας Supernova H0 for the Equation of State ή SHOES (Υπερκαινοφανής H0 για την εξίσωση της Κατάστασης Equation of State) έθεσαν ως στόχο τη μέτρηση του ρυθμού διαστολής του Σύμπαντος με πρωτοφανή ακρίβεια. Στα επόμενα χρόνια, βελτιώνοντας τις τεχνικές τους, η ομάδα αυτή διόρθωσε την αβεβαιότητα της μέτρησης του βαθμού διαστολής σε πρωτοφανή επίπεδα. Τώρα, με τη συνδυασμένη δύναμη των Διαστημικών Τηλεσκοπίων Χάμπλ και Γαία, έχουν μειώσει αυτή την αβεβαιότητα σε μόλις 2,2%.


Επειδή η σταθερά του Χάμπλ είναι απαραίτητη για να εκτιμηθεί η ηλικία του Σύμπαντος, η απάντηση που αναζητείται είναι ένας από τους σημαντικότερους αριθμούς στην Κοσμολογία. Πήρε το όνομά της από τον Αμερικανό αστρονόμο Έντγουιν Χαμπλ, ο οποίος πριν από περίπου έναν αιώνα ανακάλυψε ότι το Σύμπαν επεκτάθηκε ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις - ένα εύρημα που έδωσε τη γέννηση της σύγχρονης Κοσμολογίας.

Οι γαλαξίες φαίνεται να απομακρύνονται από τη Γη ανάλογα με τις αποστάσεις τους, πράγμα που σημαίνει ότι όσο πιο μακριά είναι ένας γαλαξίας, τόσο πιο γρήγορα φαίνεται να απομακρύνεται. Αυτό είναι συνέπεια της διαστολής του χώρου και όχι της πραγματικής ταχύτητας του χώρου, ή του διαστήματος αν προτιμάτε. Μετρώντας την τιμή της σταθεράς του Χάμπλ με την πάροδο του χρόνου, οι αστρονόμοι μπορούν να δημιουργήσουν μια εικόνα της κοσμικής μας εξέλιξης, να συνάγουν τη σύνθεση του Σύμπαντος, και να ανακαλύψουν ενδείξεις σχετικά με την τελική του τύχη.


Οι δύο κύριες μέθοδοι μέτρησης αυτού του αριθμού δίνουν ασύμβατα αποτελέσματα. Μια μέθοδος είναι άμεση, οικοδομώντας μια κοσμική "κλίμακα απόστασης" από τις μετρήσεις των αστεριών στο τοπικό μας σύμπαν. Η άλλη μέθοδος χρησιμοποιεί τη ΚΑΥ για να μετρήσει την τροχιά του σύμπαντος λίγο μετά την Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang), και στη συνέχεια χρησιμοποιεί τη Φυσική για να περιγράψει το Σύμπαν, και να προχωρήσει σε συμπεράσματα σχετικά με τη τρέχουσα ταχύτητα διαστολής του Σύμπαντος. Μαζί, οι μετρήσεις αυτές θα πρέπει να παρέχουν έναν έλεγχο, ενα τεστάρισμα από άκρο σε άκρο της βασικής μας κατανόησης για το λεγόμενο "Καθιερωμένο Πρότυπο " του Σύμπαντος. Ωστόσο, τα..."κομμάτια" δεν ταιριάζουν...

Χρησιμοποιώντας το ΔΤ Χάμπλ καθώς και τα πρόσφατα δημοσιευμένα δεδομένα από το ΔΤ Γαία, η ομάδα του Riess μέτρησε το σημερινό ρυθμό διαστολής του Σύμπαντος στα 73,5 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά Μεγαπαρσέκ. Αυτό σημαίνει ότι για κάθε 3,3 εκατομμύρια έτη φωτός μακρύτερα βρίσκεται ένας γαλαξίας από εμάς, φαίνεται να κινείται με ταχύτητα 73,5 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο. Ωστόσο, τα αποτελέσματα του ΔΤ Πλάνκ προβλέπουν ότι το Σύμπαν πρέπει να διαστέλλεται αυτή τη στιγμή με μόλις 67,0 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά Μεγαπαρσέκ. Καθώς οι μετρήσεις των ομάδων έχουν γίνει όλο και πιο ακριβείς, το χάσμα μεταξύ τους εξακολούθησε να διευρύνεται και τώρα είναι περίπου τέσσερις φορές μεγαλύτερο από το μέγεθος της συνδυασμένης αβεβαιότητας τους.

Με την πάροδο των ετών, η ομάδα του Riess "έχει επεξεργαστεί τη τιμή της σταθεράς του Χάμπλ εξορθολογίζοντας και ενισχύοντας την" κοσμική κλίμακα απόστασης", που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση αποστάσεων με ακρίβεια σε κοντινούς και μακρινούς γαλαξίες. Οι αποστάσεις αυτές τέθηκαν σε σύγκριση με την διαστολή του χώρου, μετρούμενη με την διάταση, το "τέντωμα" αν προτιμάτε του φωτός το οποίο προέρχεται από κοντινούς γαλαξίες. Χρησιμοποιώντας την φαινόμενη προς τα έξω ταχύτητα σε κάθε απόσταση, υπολογίζουν στη συνέχεια τη σταθερά Χάμπλ.



Για να μετρήσει τις αποστάσεις μεταξύ κοντινών γαλαξιών, η ομάδα  χρησιμοποίησε έναν ειδικό τύπο αστέρα ως κοσμικό υποδεκάμετρο ή χιλιομετρικό δείκτη. Αυτός ο τύπος παλλόμενου αστέρα που ονομάζονται μεταβλητοί Κηφείδες, οι οποίοι άλλοτε φαίνονται πολύ φωτεινοί και άλλοτε πολύ αμυδροί, σε ρυθμούς που αντιστοιχούν στην εσωτερική τους φωτεινότητα. Συγκρίνοντας την εσωτερική φωτεινότητα με την φαινόμενη τους φωτεινότητα όπως φαίνεται από τη Γη, οι επιστήμονες μπορούν να υπολογίσουν τις αποστάσεις τους.

Το ΔΤ Γαία επεξεργάζεται περαιτέρω το "υποδεκάμετρο" αυτό με τη γεωμετρική μέτρηση της απόστασης 50 μεταβλητών Κηφείδων στον Γαλαξία. Αυτές οι μετρήσεις συνδυάστηκαν με ακριβείς μετρήσεις της φωτεινότητας τους τους από το ΔΤ Χάμπλ. Αυτό επέτρεψε στους αστρονόμους να βαθμονομούν με μεγαλύτερη ακρίβεια τους Κηφείδες, και στη συνέχεια να χρησιμοποιούν εκείνους που βλέπουν έξω από τον Γαλαξία ως Χιλιομετρικούς δείκτες.


"Όταν χρησιμοποιείτε τους Κηφείδες, χρειάζεστε τόσο απόσταση όσο και φωτεινότητα", εξήγησε ο Riess. Το ΔΤ Χάμπλ παρείχε τις πληροφορίες σχετικά με τη φωτεινότητα, και το ΔΤ Γαία παρείχε τις πληροφορίες παράλλαξης που απαιτούνται για τον ακριβή προσδιορισμό των αποστάσεων. Ως παράλλαξη λογίζεται η εμφανής μεταβολή της θέσης ενός αντικειμένου λόγω της μετατόπισης της άποψης, της θέσης δηλαδή του παρατηρητή. Οι αρχαίοι Έλληνες χρησιμοποίησαν για πρώτη φορά αυτή την τεχνική για να μετρήσουν την απόσταση από τη Γη έως τη Σελήνη.

"Το ΔΤ Χάμπλ  είναι πραγματικά εκπληκτικό ως παρατηρητήριο γενικής χρήσης, αλλά το ΔΤ Γαία είναι το νέο χρυσό πρότυπο για τη βαθμονόμηση των αποστάσεων. Είναι σχεδιασμένο για τη μέτρηση της παράλλαξης - αυτό ήταν για το οποίο σχεδιάστηκε να κάνει", πρόσθεσε ο Stefano Casertano του Ινστιτούτου Επιστήμης Διαστημικού Τηλεσκοπίου (Space Telescope Science Institute) και μέλος της ομάδας SHOES. "Το ΔΤ Γαία εδραιώνει μια νέα ικανότητα να επαναβαθμονομεί όλες τις προηγούμενες μετρήσεις αποστάσεων, και φαίνεται να επιβεβαιώνει την προηγούμενη εργασία μας. Παίρνουμε την ίδια απάντηση για τη σταθερά του Χάμπλ αν αντικαταστήσουμε όλες τις προηγούμενες βαθμονομήσεις της κλίμακας αποστάσεων με τις παραλλάξεις του ΔΤ Γαία. Πρόκειται για ενα διασταυρώμενο έλεγχο μεταξύ δύο πολύ ισχυρών και εξαιρετικής ακρίβειας παρατηρητηρίων. "


Ο στόχος της ομάδας του Riess είναι να συνεργαστεί με το ΔΤ Γαία για να ξεπεράσει το όριο του αυστηρού επαναπροσδιορισμού της σταθεράς του Χάμπλ σε μια τιμή μόλις 1% από τις αρχές της δεκαετίας του 2020. Εν τω μεταξύ, οι αστροφυσικοί πιθανότατα θα συνεχίσουν να αγωνίζονται με την επανεξέταση των ιδεών τους για τη φυσική του πρώιμου Σύμπαντος.


--------------------*--------------------


Ενημερωθείτε για θέματα Αστρονομίας και Επιστήμης στις ομάδες μας στο Facebook:

Πηγές υπάρχουν επίσης και στις παραπομπές του κειμένου (οι λέξεις με τα μπλε γράμματα)

Απόδοση στα Ελληνικά : Δημήτρης Γκίκας.
 Για διορθώσεις μετάφρασης ως προς το πρότυπο κείμενο, απορίες, ή συμπληρώματα, γράψτε μας: gikasd63@hotmail.com  η αφήστε μήνυμα inbox στη Σελίδα:

Επίσης εάν θέλετε να δημοσιευτεί στο μπλόγκ μας κάποια δική σας εργασία, άρθρο, ή paper σχετικά με την επιστήμη, αποστείλατε τα άρθρα αυτά συνοδευόμενα απαραίτητα από τη σχετική βιβλιογραφία, και την σχετική έντυπη άδεια σας για δημοσίευση στο μπλόγκ μας, στη διεύθυνση: gikasd63@hotmail.com  . Η δημοσίευση είναι εντελώς δωρεάν.

Εάν, κατά την άποψή σας, υπάρχουν επιστημονικά λάθη στο πρότυπο κείμενο η ομάδα μας δεν μπορεί να παρέμβει και να το αλλάξει χωρίς την συναίνεση του αρθρογράφου. Για οποιαδήποτε τέτοια αλλαγή επικοινωνήστε με την πηγή του άρθρου.

 Το κείμενο υπόκειται σε επικαιροποίηση αν υπάρξουν έγκυρες διορθώσεις ή νέα στοιχεία που αφορούν το θέμα του άρθρου. 

Για την ομάδα : @Aratosastronomy