ΑΝΙΧΝΕΥΟΝΤΑΣ ΤΗΝ ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΥΛΗ

     ΜΕΡΟΣ Ι

Παναγιώτης ΧαρίτοςΦυσικός | Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικής Φυσικής (CERN) | Επιστημονικός Συνεργάτης E-Learning 

Φωτογραφία: NASA

Η κατανόηση της «σκοτεινής ύλης» αποτελεί μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της σύγχρονης φυσικής. Η σκοτεινή ύλη αντιστοιχεί στο 25% του Σύμπαντος, ενώ αντίστοιχα η ορατή ύλη, την οποία παρατηρούμε γύρω μας, καταλαμβάνει μόνο το 5% του Σύμπαντος. Αν και φαίνεται να κυριαρχεί στο Σύμπαν μας, αυτό το αινιγματικό υλικό δεν έχει ποτέ ανιχνευθεί.

Η σκοτεινή ύλη δε μπορεί να παρατηρηθεί απευθείας από τηλεσκόπια όπως συμβαίνει με απομακρυσμένους γαλαξίες, καθώς δεν εκπέμπει ούτε απορροφά φως. Σε αυτή την ιδιότητα οφείλεται και ο χαρακτηρισμός της ως «σκοτεινής».

Η «σκοτεινή ύλη» δεν αλληλεπιδρά με καμία από τις τέσσερις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις που γνωρίζουμε σήμερα, πλην της βαρύτητας. Οι βαρυτικές επιδράσεις της μας οδήγησαν να συμπεράνουμε την ύπαρξή της και κάποιες από τις ιδιότητές της.

Ωστόσο, παρά τον ρόλο που παίζει στην εξέλιξη και δομή του Σύμπαντος λίγα πράγματα είναι γνωστά για τη φύση της σκοτεινής ύλης. Η «σκοτεινή» της σύσταση σε συνδυασμό με το γεγονός πως υπερτερεί της ορατής ύλης μέσα στο Σύμπαν, καθιστούν την ανίχνευση της μια από τις μεγαλύτερες πειραματικές προκλήσεις.

Ένα σύνολο πειραμάτων προσπαθούν να ανιχνεύσουν και να μελετήσουν σωματίδια που έχουν προταθεί ως υποψήφια για την σύστασή της. Πειράματα που λαμβάνουν χώρα σε πανίσχυρους επιταχυντές σωματιδίων ή σε τηλεσκόπια εγκατεστημένα στο διάστημα.


Ποιοι λόγοι μας οδηγούν να πιστεύουμε πως υπάρχει «σκοτεινή ύλη»;

Εύλογα αναρωτιέται κανείς πως οδηγηθήκαμε στο συμπέρασμα για την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης. Γιατί εισάγαμε την ύπαρξη ενός τόσο μυστηριώδους συστατικού στο Σύμπαν;
Οι ενδείξεις για την ύπαρξή της προέρχονται κυρίως από παρατηρήσεις γαλαξιών καθώς και από κοσμολογικές παρατηρήσεις, που μας οδηγούν σε συμπεράσματα για την ιστορία και τον τρόπο που εξελίχθηκε μετά την Μεγάλη Έκρηξη.

Η πρώτη παρατήρηση για την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης ήρθε από τη μελέτη του σμήνους γαλαξιών COMA, περισσότερο γνωστό ως Κόμη της Βερενίκης, από τον Ελβετό αστρονόμο Fritz Zwicky το 1933.

Ο Zwicky μελέτησε την κίνηση των περίπου 1000 γαλαξιών που αποτελούν το σμήνος. Υπολογίζοντας την ταχύτητα περιστροφής του σμήνους και εφαρμόζοντας τους νόμους της κλασσικής μηχανικής - όπου η ταχύτητα περιστροφής συνδέεται με τη βαρυτική δύναμη που ασκείται σε αυτό - ο Zwicky υπολόγισε τη συνολική μάζα του Σμήνους.

Στη συνέχεια, ο Zwicky κατέγραψε και το συνολικό φως που εκπέμπεται από τους γαλαξίες της Κόμης της Βερενίκης. Γνωρίζοντας τη μάζα και το συνολικό φως που εκπέμπεται από αυτό το σμήνος γαλαξιών, υπολόγισε τον λόγο (Φωτεινότητας/Μάζας) και με έκπληξη διαπίστωσε την τεράστια ασυμφωνία σε σχέση με τον αντίστοιχο λόγο (φωτεινότητας/μάζας) που ισχύει για ένα τυπικό αστέρι όπως ο Ήλιος μας. Η διαφορά άγγιζε τις δύο τάξεις μεγέθους και ήταν φανερό πως δεν μπορεί να προέρχεται από κάποιο στατιστικό λάθος.

Κάτι περίεργο έπρεπε να συμβαίνει στο σμήνος Γαλαξίας για να εξηγήσει αυτή την μεγάλη απόκλιση από τις τιμές που ισχύουν σε ένα αστέρι. Ο μόνος τρόπος για να συμβιβάσει τις μετρήσεις του με την τιμή, που θα περιμέναμε για έναν γαλαξία που περιέχει τυπικά αστέρια όπως ο δικός μας, ήταν να υποθέσουμε πως στον Γαλαξία υπήρχε ταυτόχρονα και μια μεγάλη ποσότητα μάζας, η οποία δεν εκπέμπει φως και άρα δεν συμβάλλει στη φωτεινότητα. Με αυτή την υπόθεση ο λόγος (Φωτεινότητας/Μάζας) θα έπαιρνε μικρότερες τιμές κοντά σε αυτές που γνωρίζουμε από τον Ήλιο μας. Πράγματι, ο Zicky πρότεινε την ύπαρξη μιας επιπλέον ποσότητας ύλης, η οποία δεν εξέπεμπε φως και η οποία ονομάστηκε «σκοτεινή ύλη».

Την ίδια χρονιά, οι αστροφυσικοί Jeremiah Ostriker και James Peebles ανέπτυξαν έναν υπολογιστικό κώδικα, που προσομοιώνει την εξέλιξη των γαλαξιών λαμβάνοντας υπόψη την αλληλεπίδραση ύλης και ακτινοβολίας. Στα μοντέλα τους παρατηρούσαν πως κατά την εξέλιξη ενός Γαλαξία η μάζα του τείνει να συγκεντρωθεί στο κέντρο. Το συμπέρασμα ήταν εντυπωσιακό καθώς έρχεται σε αντίθεση με τις παρατηρήσεις Γαλαξιών που φαίνονται να έχουν μια ελλειπτική ή σπειροειδή μορφή (όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα από το τηλεσκόπιο Hubble). Με άλλα λόγια, η μάζα τους δεν φαίνεται να καταρρέει προς το κέντρο, αλλά παρουσιάζει μια κατανομή γύρω από αυτό.

Για να κάνει τα πράγματα πιο περίπλοκα, το μοντέλο τους έδειχνε πως στον χρόνο μιας περιστροφής - που για έναν Γαλαξία σαν τον δικό μας ισοδυναμεί με 50 εκατομμύρια χρόνια - η μάζα του Γαλαξία καταρρέει στο κέντρο του και ένα μικρό κομμάτι της καταλαμβάνει απομακρυσμένες θέσεις στις παρυφές του Γαλαξία. Πρακτικά, δηλαδή, κανένας Γαλαξίας δεν θα μπορούσε να δημιουργηθεί αφού αργά ή γρήγορα όλοι θα κατέρρεαν προς το κέντρο τους.

Ο μόνος τρόπος για να πάρουν διαφορετικά αποτελέσματα από την προσομοίωση γαλαξιών ήταν να υποθέσουν την ύπαρξη περισσότερης ύλης, η οποία δεν αλληλεπιδρά με την ακτινοβολία. Πρόκειται για μια ακόμη ένδειξη - έστω και αν έρχεται από αριθμητικές προσεγγίσεις - για ένα είδος ύλης που δεν αλληλεπιδρά με το φως και άρα μπορεί να ονομαστεί «σκοτεινή» ύλη.

Το 1973, οι παρατηρήσεις της ταχύτητας περιστροφής γαλαξιών από την Vera Rubin και τον Kent Ford επιβεβαίωσαν τις πρώτες υποψίες. Οι Rubin και Ford μελετούσαν τον γειτονικό μας γαλαξία της Ανδρομέδας.

Παρά τις δυσκολίες στη μέτρηση, κατάφεραν να υπολογίσουν με μεγάλη ακρίβεια την ταχύτητα των νεφών υδρογόνου της Ανδρομέδας. Προς έκπληξή τους προέκυπτε πως η ταχύτητα περιστροφής των νεφών υδρογόνου μένει ίδια ακόμη και σε μεγάλες αποστάσεις από το κέντρο του Γαλαξία, γεγονός που έρχεται σε αντίθεση με όσα θα περίμενε κανείς από τον νόμο του Kepler. Προκειμένου να εξηγηθεί η παρατηρούμενη ασυμφωνία, ήταν απαραίτητο να εισαχθεί μια επιπλέον ποσότητα «σκοτεινής» ύλης. Μάλιστα, η Rubin πρότεινε πως για να συμφωνούν τα δεδομένα με τον νόμο του Κέπλερ, η ποσότητα της «σκοτεινής ύλης» στον γαλαξία της Ανδρομέδας θα πρέπει να αυξάνεται καθώς απομακρυνόμαστε από το κέντρο του.

Εικόνα 1.1. Στην παραπάνω εικόνα μπορεί να δει κανείς τα πράσινα σημεία που αντιστοιχούν στις ταχύτητες περιστροφής αστεριών στον γαλαξία Μ33. Τα πορτοκαλί σημεία δείχνουν τις ταχύτητες περιστροφής που περιμέναμε για αντικείμενα εντός του φωτεινού δίσκου του Γαλαξία. Φαίνεται ξεκάθαρα η απόκλιση που παρατηρείται, καθώς η ταχύτητα μεγαλώνει ενώ απομακρυνόμαστε από το κέντρο του Γαλαξία. Η διαφορά αυτή αποτελεί μια από τις ισχυρότερες ενδείξεις για την ύπαρξη σκοτεινής ύλης στον Γαλαξία, η οποία κάνει αισθητή την παρουσία της μέσω της βαρύτητας.


Η ανακάλυψη της Κοσμικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου.
Κομβικό σημείο για την εξέλιξη της σύγχρονης κοσμολογίας αλλά και την κατανόηση της ύπαρξης σκοτεινής ύλης υπήρξε η ανακάλυψη της Κοσμικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου και η πρόσφατη λεπτομερής χαρτογράφησή της από την αποστολή Planck του Ευρωπαικό Οργανισμό Διαστήματος (2013).

Η Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου (ΚΑΥ) είναι ένα αρχέγονο φως, που δημιουργήθηκε περίπου 380.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Από τότε, ταξιδεύει στο Σύμπαν μεταφέροντας πληροφορίες. Στα τηλεσκόπια φαίνεται ως ένα «ψυχρό» φως που έρχεται από όλες τις διευθύνσεις και η ενέργειά του αντιστοιχεί σε θερμοκρασία 2.7Κ.

Μελετώντας τα χαρακτηριστικά της ΚΑΥ, μπορούμε να αντλήσουμε πληροφορίες για τη σύσταση του σύμπαντος και για το πώς εξελίχτηκε μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Το πρώτο εντυπωσιακό δεδομένο από τη μελέτη της ΚΑΥ είναι η ομοιομορφία της. Παρατήρηση που μας οδηγεί στο συμπέρασμα πως η ύλη που δημιουργήθηκε αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη πρέπει να εξαπλώθηκε με ομοιόμορφο τρόπο.

Οι πρώτες διακυμάνσεις στην κατανομή της ΚΑΥ παρατηρήθηκαν από τη χαρτογράφηση αυτής της ακτινοβολίας, που έγινε το 1992 από τον δορυφόρο COBE (Cosmic Background Explorer) της NASA. Πρόκειται για την αρχαιότερη φωτογραφία του Σύμπαντος, που διαθέτουμε, καθώς είναι το πρώτο φως που ταξιδεύει ελεύθερο στο Σύμπαν. Τα δεδομένα έδειξαν ορισμένες διακυμάνσεις στην κατανομή της θερμοκρασίας της ΚΑΥ, που πιθανότατα δημιουργήθηκαν περίπου 400.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Οι διακυμάνσεις αυτές αντιστοιχούν σε θερμές και ψυχρές περιοχές του Σύμπαντος, που συνδέονται αντίστοιχα με περιοχές χαμηλής και υψηλής συγκέντρωσης ύλης. Η ανισοτροπία αυτή μελετήθηκε με ακόμη μεγαλύτερη ακρίβεια από μετέπειτα διαστημικές αποστολές, όπως ο WMAP (2001-10) και πιο πρόσφατα, το 2013, από τον δορυφόρο Planck της ESA, που μας προσέφερε έναν εξαιρετικά λεπτομερή χάρτη της ΚΥΑ, φανερώνοντας με μεγαλύτερη ακρίβεια τις διακυμάνσεις αυτής της ακτινοβολίας.

Εικόνα 2. Η κατανομή της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου από τον δορυφόρο WMAP (2005) και Planck (2013). Από τη σύγκριση των δυο εικόνων φαίνεται εύκολα και η διαφορά στον βαθμό λεπτομέρειεας.

Με βάση τη θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν και τις εξισώσεις του για την περιγραφή του χωρόχρονου και λαμβάνοντας υπόψη τις παρατηρούμενες ανωμαλίες της ΚΑΜ, o χρόνος των 13,7 δισεκατομμυρίων χρόνων, που πέρασε από τη Μεγάλη Έκρηξη, δεν θα ήταν αρκετός για να επιτρέψει τη δημιουργία μεγάλων δομών όπως οι γαλαξίες μας. Με πιο απλά λόγια, το ερώτημα είναι πως μπορεί κανείς να συμβιβάσει τη σχετικά ομοιογενή κατανομή ακτινοβολίας, που παρατηρεί στο Σύμπαν, με τη μεγάλη ανομοιογένεια που παρατηρείται στην κατανομή της ύλης η οποία συγκεντρώνεται σε αστέρια, γαλαξίες ή σμήνη Γαλαξιών.

Η δημιουργία τέτοιων δομών μπορεί να εξηγηθεί μόνο αν κανείς υποθέσει πως υπάρχει πολύ περισσότερη ύλη στο Σύμπαν σε σχέση με αυτήν που παρατηρούμε, η οποία δεν αλληλεπιδρά με την ακτινοβολία. Πρόκειται για ένα ακόμη στοιχείο - ίσως το κρισιμότερο - υπέρ της υπόθεσης της ύπαρξης της λεγόμενης σκοτεινής ύλης. Συγκεκριμένα, οι μετρήσεις αυτές δείχνουν πως το σύμπαν αποτελείται κατά 30% από ύλη. Από αυτό το ποσοστό, μόνο το 5% αντιστοιχεί στην ύλη που παρατηρούμε γύρω μας - το υπόλοιπο 25% είναι κάτι άλλο. Πρόσφατες μετρήσεις από τον δορυφόρο Planck δείχνουν πως η σκοτεινή ύλη αντιστοιχή στο 83% της συνολικής ύλης που περιέχεται στο Σύμπαν - είναι δηλαδή 4 φορές περισσότερη από την ορατή ύλη.

Μετά από δεκαετίες αστροφυσικών παρατηρήσεων υψηλής ακριβείας, είμαστε πλέον σίγουροι πως η πλειοψηφία της ύλης που σχηματίζει τους γαλαξίες, σμήνη γαλαξιών και τις μεγαλύτερες δομές ύλης, που παρατηρούμε στο Σύμπαν μας, είναι «σκοτεινό». Το συμπέρασμα για την ύπαρξή της προκύπτει από ακριβείς μετρήσεις της ταχύτητας περιστροφής γαλαξιών σε σμήνη, της λεγόμενης γαλακτικής καμπύλης περιστροφής, της μέτρησης της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου, της αφθονίας των ελαφρών στοιχείων και της χαρτογράφησης μεγάλων δομών στο Σύμπαν αλλά και της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου.

Σύγκρουση Γαλαξιών: Το σμήνος της σφαίρας

Το πιο πρόσφατο εύρημα, που φαίνεται να υποστηρίζει την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης, είναι η παρατήρηση δυο γαλαξιών (σε απόσταση 3.5 δις έτη φωτός από τη Γη) που διαπέρασαν ο ένας τον άλλο μετά από μια βίαιη σύγκρουση και τώρα απέχουν 2 εκ. έτη φωτός. Οι γαλαξίες αυτοί είναι γνωστοί ως 1Ε0657-56 ή το σμήνος της σφαίρας (Bullet Cluster) λόγω του βίαιου γεγονότος που προηγήθηκε.

Τα άστρα εντός των γαλαξιών φαίνονται να μένουν άθικτα, ενώ τα αέρια που καταλαμβάνουν τον μεγάλο χώρο σε έναν γαλαξία αλληλεπιδρούν πολύ έντονα. Το αποτέλεσμα της σύγκρουσης ήταν η απελευθέρωση ενός εξαιρετικά θερμού κύματος αερίων, που αποτελεί το 90% περίπου της φωτεινής τους μάζας, γεγονός που έγινε αντιληπτό από τ- μέτρηση της εκπομπής ακτίνων Χ.
Χαρτογραφήσεις του βαρυτικού πεδίου κατά τη διάρκεια της σύγκρουσης δείχνουν πως η κατανομή της συνολικής μάζας του σμήνους είναι τελείως διαφορετική από την κατανομή της φωτεινής ύλης των δύο γαλαξιών..

Πιο συγκεκριμένα, το κέντρο της συνολικής μάζας του σμήνους - που βρίσκεται με τεχνικές στηριγμένες στη μέτρηση της καμπύλωσης του φωτός λόγω βαρυτικών πεδίων¹ - βρέθηκε να είναι μετατοπισμένο σε σχέση με το κέντρο μάζας της παρατηρήσιμης ύλης των δύο σμηνών, με παρατηρήσεις στο ορατό φάσμα και με ακτίνες Χ.
Το γεγονός αυτό μπορεί να εξηγηθεί μόνο αν κανείς υποθέσει την ύπαρξη σκοτεινής ύλης μεταξύ των γαλαξιών του Bullet Cluster, η οποία αλληλεπιδρά με διαφορετικό τρόπο από τη συνήθη ύλη.

Η παρατήρηση της σύγκρουσης των δυο γαλαξιών του Bullet Cluster συχνά αναφέρεται και ως η πιο καθοριστική απόδειξη υπέρ της ύπαρξης σκοτεινής ύλης απέναντι στις διάφορες θεωρίες τροποποιημένης βαρύτητας (MOND). Ωστόσο, μέχρι την παρατήρηση κάποιου σωματιδίου σκοτεινής ύλης, δεν μπορεί κανείς να αποκλείσει κανένα εναλλακτικό ενδεχόμενο.
Θα κλείσουμε παρουσιάζοντας έναν από τους πρώτους τρισδιάστατους χάρτες που απεικονίζουν την ύπαρξη σκοτεινής ύλης στο Σύμπαν μας. Πρόκειται για έναν χάρτη που έγινε με βάση τα δεδομένα του COSMOS, μιας έρευνας που έγινε με το Hubble.

Καθώς η ύπαρξή της κερδίζει όλο και περισσότερο έδαφος, πληθαίνουν και οι διαφορετικές θεωρίες για τα υποψήφια σωματίδια σκοτεινής ύλης.

Πως όμως μπορούμε να παρατηρήσουμε τη σκοτεινή ύλη στο εργαστήριό μας; Ποια είναι τα υποψήφια σωματίδια από τα οποία μπορεί να αποτελείται; Τι έχουμε μάθει τόσο από τα πειράματα του LHC όσο και από άλλα πειράματα μέχρι τώρα;

Σε αυτά τα ερωτήματα θα προσπαθήσουμε να απαντήσουμε στο επόμενο σημείωμα ενώ ταυτόχρονα θα συζητήσουμε τη σημασία της σκοτεινής ύλης για τη σύγχρονη φυσική και τα επόμενα βήματα στον 21ο αιώνα.

---

¹ Το φαινόμενο του βαρυτικού φακού, αναφέρεται στο γεγονός πως μία μεγάλη συγκέντρωση μάζας συγκεντρώνει γύρω της ακτίνες φωτός, όπως ένας μεγεθυντικός φακός συγκεντρώνει τις ακτίνες του Ήλιου.


indeepanalysis.gr 

Σύμπαν: Επιστήμονες υπολογίζουν τις πιθανότητες το σύμπαν να επεκτείνεται προς κάποια συγκεκριμένη κατεύθυνση

Κατά μέσο όρο, το σύμπαν μοιάζει ίδιο ανεξάρτητα από ποιο δρόμο το παρατηρείς. Ωστόσο, είναι πιθανό ο κόσμος να περιστρέφεται – ή να έχει κάποια περισσότερο περίπλοκη γεωμετρία – περιπτώσεις στις οποίες ο ρυθμός επέκτασης του σύμπαντος θα πρέπει να μεταβάλλεται με την κατεύθυνση. Ομάδα ερευνητών διερεύνησε αυτές της μορφές ανισοτροπίας στους χάρτες της Κοσμικής Μικροκυματικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου (CMB). Με εξέταση όλου του εύρους των μοντέλων ανισοτροπίας, η ομάδα θέτει τους πιο στενούς – μέχρι στιγμής – περιορισμούς στην κοσμική επέκταση σε μια εγγενή εξάρτηση της επέκτασης του σύμπαντος από την κατεύθυνση.

Οι καλύτερες μετρήσεις μας της ισοτροπίας είναι αυτές της CMB, οι οποίες δείχνουν ότι το σύμπαν είναι σχεδόν ομοιόμορφο σε όλο τον ουρανό. Υπάρχουν μικρές διακυμάνσεις στην CMB (στο επίπεδο του ενός μέρους στα 10^5) που μπορούν να εξηγηθούν ως διαταραχές στην πυκνότητα του σύμπαντος. Ωστόσο, ορισμένες από τις διακυμάνσεις της CMB θα μπορούσαν να είναι αποτέλεσμα ανισοτρόπου διαστολής, που θα μπορούσε να αλλάξει το μήκος κύματος του φωτός σε εξάρτηση με την κατεύθυνση άφιξής του. Ένα ανισότροπο σύμπαν θα ήταν ασύμβατο με ορισμένα κοσμολογικά μοντέλα, όπως αυτό του κοσμικού πληθωρισμού.

Τέσσερα δυνητικά πρότυπα κοσμικής μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου για σύμπαντα στα οποία υπάρχει συγκεκριμένη κατεύθυνση επέκτασης

Προηγούμενες μελέτες έχουν περιοριστεί γενικά στα μοντέλα ανισοτροπίας που παρουσιάζονται ως περιστροφή (μια αποκαλούμενη ανισοτροπία διανυσματικού τύπου). Η Daniela Saadeh του University College London και οι συνεργάτες της έχουν υιοθετήσει μια πιο γενική προσέγγιση, η οποία περιλαμβάνει ανισοτροπικά μοντέλα που βασίζονται σε ένα πλήρες φάσμα γεωμετρικών τύπων (βαθμωτών, διανυσματικών και τανυστικών). Οι ερευνητές μετέβαλαν τις παραμέτρους αυτού του γενικού μοντέλου και το συνέκριναν με τα δεδομένα της CMB από τον δορυφόρο Planck, του οποίου οι μετρήσεις πόλωσης είναι υψηλής ευαισθησίας στα ανισοτροπικά μοντέλα. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι τα ανισοτροπικά μοντέλα είναι ασύμφωνα με τις παρατηρήσεις. Σύμφωνα με τα νέα όρια των συγγραφέων, οι πιθανότητες το σύμπαν μας να είναι ανισότροπο είναι 1 από 121000.

Πηγή: American Physical Society


Περισσότερα στην δημοσίευση: How Isotropic is the Universe? Physical Review Letters 117, 131302 – Published 21 September 2016

egno.gr 

Το μέλλον του σύμπαντος: Μια φευγαλέα αναλαμπή στο σκοτάδι

Σε απόσταση τριακοσίων χιλιάδων τρισεκατομμυρίων χιλιομέτρων από το κέντρο του Γαλαξία μας βρίσκεται ένα μικρό κίτρινο άστρο. Εμφανίστηκε σχετικά αργά μέσα στο μεγαλόπρεπο γαλαξιακό δίσκο, όταν πολλά από τα αστέρια της πρώτης γενιάς είχαν ήδη πεθάνει. Από τη στιγμή που σχηματίστηκε το μικρό αστέρι διαγράφει αδιάκοπα την κυκλική πορεία του γύρω από το κέντρο του Γαλαξία, όπως και δεκάδες δισεκατομμύρια όμοιά του. Παρά την εκπληκτική του ταχύτητα των 800.000 χιλιομέτρων την ώρα περίπου, χρειάζεται 250 εκατομμύρια χρόνια για να διατρέξει την περίμετρο της πελώριας τροχιάς του. Μέχρι σήμερα, κάπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη γέννησή του, έχει πραγματοποιήσει λιγότερες από είκοσι περιστροφές. Μια ακολουθία από οκτώ πλανήτες και μυριάδες μικρά ουράνια σώματα το συνοδεύουν πιστά στο μακρύ του ταξίδι, σχηματίζοντας ολόγυρά του ένα αληθινό μικροσύμπαν: το Ηλιακό μας σύστημα.

Από όλα τα μέλη της οικογένειας του Ήλιου μόνο ο τρίτος πλανήτης είδε να αναπτύσσεται στην επιφάνειά του κάποια μορφή ζωής. Σε διάστημα εκατομμυρίων και δισεκατομμυρίων χρόνων διάφορα είδη ζωής, ολοένα πιο πολύπλοκα, κατέκτησαν τους ωκεανούς, τη στεριά και τον αέρα του πλανήτη. Εδώ και μερικά εκατομμύρια χρόνια κάποια από αυτά τα πλάσματα σηκώθηκαν προοδευτικά στα δυο πισινά τους πόδια, χρησιμοποίησαν τα μπροστινά τους μέλη για να χειριστούν όπλα και εργαλεία και ανέπτυξαν ένα φωνητικό σύστημα για να επικοινωνούν μεταξύ τους. Χάρη σε αυτές τις πρωτοφανείς ικανότητες τους μπόρεσαν να επιβληθούν στα άλλα είδη και να διασκορπιστούν σε ολόκληρη σχεδόν την επιφάνεια του πλανήτη.

Σηκώνοντας τα μάτια τους στο νυκτερινό στερέωμα τα δίποδα πλάσματα αντίκρισαν χιλιάδες φωτεινά σημεία να περιστρέφονται γύρω από τη Γη, που θεωρούσαν κέντρο του Σύμπαντος. Για πολύ καιρό προβληματίστηκαν πάνω στη φύση αυτών των σημείων. Επρόκειτο άραγε για θεότητες που πηγαινοέρχονταν στο ουράνιο βασίλειό τους ή ήταν απλά και μόνο πυρακτωμένα βράχια;  Ή μήπως ήταν τρύπες σε ένα σκοτεινό πέπλο, μέσα από τις οποίες μπορούσε να δει κανείς το θεϊκό πυρ που περιέβαλλε το Σύμπαν; Και αν κάπου ανάμεσα σ’ αυτά τα φωτεινά σημεία υπήρχε μια γη σαν την δική τους, θα ζούσαν κι εκεί άραγε πλάσματα όμοιά τους, ικανά να στρέφουν το βλέμμα τους στον ουρανό;

Σιγά-σιγά τα δίποδα πλάσματα ξεπέρασαν το στάδιο του μύθου και αντιλήφθηκαν ότι ούτε η Γη, ούτε ο Ήλιος τους βρίσκονται στο κέντρο του Σύμπαντος. Κατάλαβαν επίσης ότι οι νόμοι της φύσης που ισχύουν «εδώ κάτω» στη Γη ισχύουν και «εκεί πάνω» στον ουρανό κι ότι τα φωτεινά σημεία ήταν μακρινοί ήλιοι που βρίσκονταν πολύ πιο πέρα από ότι οι προγονοί τους μπορούσαν να φανταστούν. Το μεγαλύτερο ωστόσο σοκ ήρθε όταν συνειδητοποίησαν ότι το είδος τους, παρά την προφανή διανοητική υπεροχή του ως προς όλα τα άλλα είδη του πλανήτη, είναι στενά συνδεδεμένο με αυτά, μέσα από μακροχρόνιες και πολύπλοκες εξελικτικές διαδικασίες, που ακόμη και σήμερα δεν έχουν γίνει απόλυτα κατανοητές. Εξίσου εντυπωσιακή αποδείχτηκε και η σύνδεσή του γήινου κόσμου τους με τα μακρινά αστέρια, ο θάνατος των οποίων είναι απαραίτητος ώστε από τα βαριά υλικά που εκτινάσσονται στο μεσοαστρικό χώρο να μπορούν να σχηματιστούν πλανήτες και πάνω τους, σε μια τουλάχιστο περίπτωση, η ζωή.

Λίγο αργότερα, τα πλάσματα αυτά κατάλαβαν ότι όχι μόνο τα αντικείμενα γύρω τους (ποτάμια και βουνά, ήπειροι και θάλασσες, πλανήτες κι αστέρια) γεννιούνται, μεταβάλλονται και πεθαίνουν, αλλά κι ολόκληρο το Σύμπαν εξελίσσεται, οι ιδιότητες του αλλάζουν, με τρόπο που ευνοεί την ανάπτυξη της πολυπλοκότητας, και τελικά, της ζωής και της νόησης. Από ένα μικρό σχετικά αριθμό στοιχειωδών σωματιδίων (πρωτόνια, νετρόνια, ηλεκτρόνια, φωτόνια, νετρίνα) που υπήρχαν στο υπέρπυκνο και υπέρθερμο αρχέγονο Σύμπαν πριν 14 δισεκατομμύρια χρόνια, σχηματίστηκαν σταδιακά οι ελαφροί πυρήνες (μέσα στα πρώτα λεπτά), τα πρώτα άτομα (έπειτα από τριακόσιες χιλιάδες χρόνια), τα πρώτα αστέρια (έπειτα από μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια) και οι πρώτοι γαλαξίες (σχηματισμοί από δισεκατομμύρια αστέρια και μεσοαστρικό αέριο). Η δημιουργία των σχηματισμών αυτών (πυρήνες, άτομα, μόρια, κόκκοι σκόνης, πλανήτες, αστέρια, γαλαξίες) έγινε κάτω από την επίδραση των θεμελιωδών δυνάμεων της φύσης (πυρηνική, ηλεκτρομαγνητική, βαρύτητα) και μπόρεσε να πραγματοποιηθεί επειδή η βαρύτητα συνθλίβει τοπικά την ύλη και δημιουργεί αστέρια που εκπέμπουν ενέργεια στο κοντινό περιβάλλον τους: είναι οι διαφορές θερμοκρασίας που επιτρέπουν την εμφάνιση της πολυπλοκότητας.

Το υπέρτατο στάδιο της εξελικτικής αυτής πορείας, από ότι γνωρίζουν σήμερα τα δίποδα όντα, συνέβη πάνω στον πλανήτη τους. Κάπου 7 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τον σχηματισμό του γαλαξία τους, σχηματίστηκε ο Ήλιος τους, ζεσταίνοντας με την ενέργεια των θερμοπυρηνικών του αντιδράσεων το πλανητικό του σύστημα. Ωστόσο, μόνο ο τρίτος πλανήτης βρισκόταν σε απόσταση τέτοια που η θερμότητα του Ήλιου να επιτρέπει στην επιφάνειά του την ύπαρξη νερού σε υγρή μορφή, και συνεπώς την εμφάνιση ζωής. Κάπου 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια χρειάστηκαν οι μονοκύτταροι οργανισμοί που σχηματίστηκαν στον αρχέγονο ωκεανό του πλανήτη για να εξελιχθούν σε οργανισμούς σκεπτόμενους, που να αναρωτιούνται για την προέλευσή τους και την ιστορία του κόσμου τους.

Η ανασύσταση της ιστορίας του Σύμπαντος, που πραγματοποιήθηκε στο δεύτερο μισό του 20ου αιώνα, αποτέλεσε ένα από τους μεγαλύτερους θριάμβους στα χρονικά της Επιστήμης. Θα μπορούσε να υποθέσει κανείς ότι η ιστορία αυτή, με το αέναο πέρασμα από το απλό στο διαρκώς πιο περίπλοκο, υποδεικνύει ότι αντίστοιχες διαδικασίες θα εξακολουθήσουν να συμβαίνουν και στο μακρινό μέλλον, παράγοντας ανεπτυγμένες μορφές ζωής και νόησης πέρα από τη φαντασία μας κι ένα Σύμπαν πολύ πιο θαυμαστό από αυτό που αντιλαμβανόμαστε σήμερα. Είναι όμως έτσι; Οι σημερινές μας γνώσεις μας λένε πως όχι.

Ήδη στα μισά του 19ου αιώνα, η επιστήμη της Θερμοδυναμικής έδειχνε ότι σε οποιοδήποτε κλειστό σύστημα η ενέργεια δεν μπορεί παρά να υποβαθμίζεται συνεχώς και η εντροπία να αυξάνει (σύμφωνα με τον περίφημο 2ο νόμο), κάτι που οδήγησε το Γερμανό φυσικό Clausius να γράψει «…όσο περισσότερο το Σύμπαν πλησιάζει την κατάσταση μέγιστης εντροπίας, τόσο μειώνονται οι πιθανότητες σημαντικών αλλαγών… καμιά αλλαγή δε θα μπορέσει στη συνέχεια να συμβεί και το Σύμπαν θα περιέλθει σε οριστικό θάνατο…».

Οι φυσικοί του 19ου αιώνα δεν μπορούσαν να καθορίσουν χρονικά το θερμικό θάνατο του Σύμπαντος, γιατί δε γνώριζαν ούτε τις ενεργειακές πηγές των άστρων ούτε τις αρχές της γαλαξιακής εξέλιξης. Σήμερα ξέρουμε ότι μόλις το ένα δέκατο του αερίου που υπήρχε αρχικά στο Σύμπαν έχει μετατραπεί σε αστέρια, ενώ το υπόλοιπο αιωρείται μέσα και γύρω από τους γαλαξίες. Άλλο τόσο περίπου υπολογίζεται ότι θα σχηματίσει άστρα στις επόμενες δεκάδες δισεκατομμύρια χρόνια. Ωστόσο το μεγαλύτερο μέρος του, που βρίσκεται ανάμεσα στους γαλαξίες, θα εξακολουθήσει να αραιώνει εξαιτίας της συμπαντικής διαστολής χωρίς η βαρύτητα να μπορέσει ποτέ να το συμπυκνώσει.

Η συνέχεια των γεγονότων αποδίδεται γλαφυρότατα από τον περίφημο συγγραφέα επιστημονικής φαντασίας και εκλαϊκευτή Arthur C. Clarke στο βιβλίο του: Το Προφίλ του μέλλοντος, γραμμένο το 1953: «… Ο Γαλαξίας μας διανύει τώρα τη σύντομη άνοιξη της ζωής του, μια άνοιξη μεγαλόπρεπη χάρη στην παρουσία λαμπερών ασπρογάλαζων αστεριών, όπως ο Βέγας και ο Σείριος αλλά και (σε μια πιο περιορισμένη κλίμακα) ο ίδιος ο Ήλιος μας. Όμως η πραγματική ιστορία του Σύμπαντος θα αρχίσει μετά το τέλος της φλογερής νεότητας αυτών των άστρων. Θα είναι μια ιστορία που θα φωτίζεται μόνο από την αδύναμη ερυθρή και υπέρυθρη λάμψη των μικρών αστεριών, που θα είναι σχεδόν αόρατα στα μάτια μας. Και ωστόσο το σκοτεινό θέαμα αυτού του σύμπαντος θα μπορούσε να φαίνεται πανέμορφο και γεμάτο χρώματα στα παράξενα πλάσματα που θα κατάφερναν να προσαρμοστούν και να το συνηθίσουν. Θα ξέρουν ότι μπροστά τους απλώνονται όχι τα εκατομμύρια χρόνια των γεωλογικών μας εποχών ούτε τα δισεκατομμύρια χρόνια της ζωής των συνηθισμένων άστρων αλλά στην κυριολεξία τρισεκατομμύρια έτη. Όμως θα μας ζηλεύουν εμάς που λουζόμαστε στη φωτεινή λάμψη της Δημιουργίας, γιατί είχαμε την τύχη να γνωρίσουμε το Σύμπαν όταν ακόμη ήταν νέο…».

Πράγματι, σε μερικά τρισεκατομμύρια (10¹²) χρόνια από τώρα, ακόμη και τα μικρότερα αστέρια, όπως ο Εγγύς του Κενταύρου, το πλησιέστερο μας μετά τον Ήλιο, θα έχουν σβήσει. Αυτό δε σημαίνει ότι δεν πρόκειται να υπάρχουν μελλοντικές αλλαγές, όπως φοβόταν ο Clausius. Ανεπαίσθητες, στη δική μας χρονική κλίμακα, διεργασίες θα εξακολουθήσουν να μεταβάλλουν την όψη του Σύμπαντος. Όμως, σε αντίθεση με τη μέχρι τώρα εξέλιξη, οι αλλαγές αυτές θα αποδομούν συστηματικά την ύλη, σε ολοένα και απλούστερες μορφές.

Σε μια πρώτη φάση, τον κυρίαρχο ρόλο θα εξακολουθήσει να παίζει η βαρύτητα, η μοναδική δύναμη με ουσιαστικά άπειρη ακτίνα δράσης, που θα διαλύσει, αργά αλλά σταθερά, τις δομές που είχε «χτίσει» ως τότε: πλανητικά και αστρικά συστήματα, γαλαξίες και σμήνη γαλαξιών. Μέσα από ένα είδος αστρικού μπιλιάρδου, τα κεντρικά μέρη των συστημάτων αυτών θα χάνουν βαρυτική ενέργεια μέχρι να συγχωνευτούν σε γιγάντιες μαύρες τρύπες, ενώ οι περιφερειακές μονάδες θα κερδίζουν ενέργεια και θα εκτινάσσονται στο αχανές διαστελλόμενο Σύμπαν. Έπειτα από 10²⁷ χρόνια δεν θα υπάρχουν παρά μεμονωμένα αντικείμενα (αστρικές και γαλαξιακές μαύρες τρύπες, αστρικά πτώματα, πλανήτες, αστεροειδείς, κόκκοι σκόνης) που θα ακολουθούν τους μοναχικούς τους δρόμους ξεμακραίνοντας το ένα από το άλλο σύμφωνα με το ρυθμό της διαστολής.

Σε ακόμη μεγαλύτερη χρονική κλίμακα, ένα φαινόμενο γνωστό από την κβαντική μηχανική που περιγραφεί τον μικρόκοσμο των υποατομικών σωματιδίων, το «φαινόμενο σήραγγας» (tunnel effect) θα εξατμίσει σταδιακά όλα τα εναπομείναντα μακροσκοπικά αντικείμενα, αφού τα μετατρέψει αρχικά σε μαύρες τρύπες. Κι αυτές με τη σειρά τους θα εξατμισθούν, μετατρέποντας τη μάζα τους σε ακτινοβολία, σύμφωνα με τη θεωρία που διατύπωσε το 1973 ο Βρετανός φυσικός Steven Hawking.

 Οι διαδικασίες του φαινόμενου σήραγγας είναι τόσο αργές που ο χρόνος εξάτμισης των μεγαλύτερων γαλαξιακών μαύρων τρυπών υπολογίζεται σε 10¹⁰⁰χρόνια, ενώ ο χρόνος μετατροπής των αστρικών πτωμάτων σε μαύρες τρύπες σε (10¹⁰)⁷⁶ χρόνια. Πρόκειται κατά πάσα πιθανότητα για το μεγαλύτερο αριθμό που υπολογίστηκε στη φυσική και είναι σίγουρα ασύλληπτος για τον ανθρώπινο νου.

Η σύγχρονη κοσμολογία μας αποκάλυψε λοιπόν ένα μέλλον πολύ πιο περίπλοκο, πολύ πιο πλούσιο σε γεγονότα και με διάρκεια ασύλληπτα μεγαλύτερη από αυτή που θα μπορούσε να φανταστεί η φυσική του 19ου αιώνα. Ωστόσο, το τελικό αποτέλεσμα της μακράς πορείας του δε διαφέρει πολύ από την εικόνα του θερμικού θανάτου. Σχεδόν όλη η ύλη θα μετατραπεί σε αραιή και ψυχρή ακτινοβολία, ενώ ελάχιστα στοιχειώδη σωματίδια θα αιωρούνται διάσπαρτα στην απέραντη νύχτα του διαστελλόμενου Σύμπαντος σε μια θερμοκρασία πολύ κοντά στο απόλυτο μηδέν. Μπροστά σε αυτή την κατάσταση δύσκολα μπορεί κανείς να αποφύγει απαισιόδοξες σκέψεις σαν αυτές που τόσο εύστοχα διατύπωσε ο άγγλος φιλόσοφος Bertrand Russell στο περίφημο χωρίο του: «…όλα τα έργα του παρελθόντος, όλη η έμπνευση και η μεγαλοφυΐα του ανθρώπινου είδους, καθώς και κάθε ανθρώπινο επίτευγμα προορίζονται να εξαφανιστούν· ο ναός των κατορθωμάτων του ανθρώπου είναι καταδικασμένος να θαφτεί κάτω από τα ερείπια ενός Σύμπαντος που καταρρέει – όλα αυτά είναι τώρα τόσο βέβαια που κανένα φιλοσοφικό σύστημα δεν μπορεί να τα αγνοήσει…».

Αντίθετα, ο Herbert G. Wells, συγγραφέας της Μηχανής που ταξιδεύει στο χρόνο και πατέρας της σύγχρονης επιστημονικής φαντασίας, σε μια διάλεξη στο Βασιλικό Ινστιτούτο του Λονδίνου με θέμα την «Ανακάλυψη του μέλλοντος» το 1902, εξέφρασε την εμπιστοσύνη του στο μέλλον του ανθρώπινου είδους, αν και ήταν αναγκασμένος να παραδεχτεί ότι οι τότε υπάρχουσες ενδείξεις συνηγορούσαν για το αντίθετο: «Και τελικά είναι σχεδόν βέβαιο ότι η Ήλιος μας μια μέρα θα σβήσει …ότι η Γη μας θα καταλήξει νεκρή και παγωμένη, όπως και κάθε έμβιο ον… ότι το ανθρώπινο είδος είναι καταδικασμένο να εξαφανιστεί. Από όλους τους εφιάλτες μου αυτός είναι ο πιο πειστικός. Κι όμως δεν τον πιστεύω, γιατί θεωρώ ότι ο κόσμος έχει ένα νόημα κι ο άνθρωπος έναν προορισμό. Όσοι κόσμοι κι αν παγώσουν και όσοι ήλιοι κι αν σβήσουν, στα βάθη της ύπαρξής μας θα αναδεύεται πάντα κάτι που μου φαίνεται αδύνατο να χαθεί…».

Παρόμοια αισιοδοξία δείχνει και ο φυσικός του Princeton Freeman Dyson, στο περίφημο άρθρο του που θεμελίωσε την επιστημονική εσχατολογία το 1979: «…όσο μακριά κι αν πάμε στο μέλλον, θα βρίσκουμε πάντα καινούρια πράγματα να συμβαίνουν, καινούριους κόσμους για εξερεύνηση, νέες πληροφορίες να καταφτάνουν, κι ένα χώρο που συνεχώς θα διευρύνεται για τη ζωή, τη συνείδηση και τη μνήμη… ένα Σύμπαν με πλούτο και πολυπλοκότητα χωρίς όρια, αιώνια ζωντανό…».

Οι σκέψεις αυτές πάνω στο μακρινό μέλλον του Σύμπαντος δεν έχουν καμία πρακτική σημασία και εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το τωρινό επίπεδο των γνώσεων μας. Καινούριες θεωρητικές ανακαλύψεις ίσως μας οδηγήσουν σε μια εντελώς διαφορετική εικόνα. Από φιλοσοφική ωστόσο άποψη, θα είναι χρήσιμο να συγκρατήσουμε, έστω και στο πίσω μέρος του μυαλού μας, την ιδέα ότι η θαυμαστή πολυπλοκότητα του κόσμου που μας περιβάλλει και που μας αποκάλυψε η σύγχρονη επιστήμη, μπορεί να μην αποτελεί παρά μια φευγαλέα, ασήμαντη, στιγμή στην ιστορία του Σύμπαντος. Ακόμη κι αν είναι έτσι όμως, θα πρόκειται για μια « στιγμή » τόσο, μα τόσο, πολύτιμη…

 

Νίκος Πράντζος

*Δημοσιεύτηκε τον Αύγουστο 2016 στο πανηγυρικό 100ο τεύχος του περιοδικού ΟΥΡΑΝΟΣ της Εταιρείας Αστρονομίας και Διαστήματος 

physics4u.gr

Ψίθυροι του Σύμπαντος από μαύρες τρύπες

O Kip Thorne, ένας από τους τρεις κύριους δημιουργούς του LIGO

ΔΙΟΝΥΣΗΣ Π. ΣΙΜΟΠΟΥΛΟΣ*

Έχει περάσει ένας χρόνος από τότε που οι δύο ανιχνευτές LIGO, στη Λουιζιάνα και στην Ουάσιγκτον, απέδειξαν για πρώτη φορά την ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων που προέρχονταν από τη σύγκρουση δύο μαύρων τρυπών 36 και 29 ηλιακών μαζών, αν και επίσημα η ανακάλυψη ανακοινώθηκε στις 11 του περασμένου Φεβρουαρίου. Με την ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων του LIGO αποδείχθηκε, μεταξύ άλλων, πως οι μαύρες τρύπες δεν είναι απλώς μαθηματικά μόνο κατασκευάσματα της θεωρίας του Αϊνστάιν αλλά υπάρχουν πράγματι στο Σύμπαν ακόμη και σε διπλά συστήματα τέτοιων αντικειμένων. Επιβεβαιώθηκε, επιπλέον, ότι τα βαρυτικά κύματα κινούνται με την ταχύτητα του φωτός και μεταφέρουν πληροφορίες που περιγράφουν τη βίαιη προέλευσή τους, την ιστορία της πηγής που τα δημιούργησε, τη μάζα τους, την ταχύτητα περιστροφής, το σχήμα της τροχιάς, το πώς σχηματίζονται τέτοια διπλά συστήματα καθώς επίσης και τη θέση και την απόσταση ενός τέτοιου συστήματος. Μέχρι τώρα δεν είχαμε ποτέ μια τόσο άμεση πληροφόρηση που να προέρχεται από τις ίδιες τις μαύρες τρύπες, αν και είχαμε ενδείξεις για την ύπαρξή τους από άλλες πηγές.

Με όλα αυτά αποδεικνύεται ότι τα βαρυτικά κύματα του LIGO μάς ανοίγουν ένα καινούργιο παράθυρο ανακαλύψεων, αφού μπορούμε να «ακούσουμε» για πρώτη φορά τους ψιθύρους του Σύμπαντος να μας «μιλάνε», μια και οι συχνότητες των βαρυτικών αυτών κυμάτων είναι συχνότητες που ακούει το ανθρώπινο αυτί. Την ύπαρξη των ψιθυρισμών αυτών του Σύμπαντος από τη βίαιη μετακίνηση μεγάλων μαζών είχε προβλέψει ο Αϊνστάιν πριν από 100 χρόνια, υποστηρίζοντας ότι θα είχαν τη μορφή πτυχώσεων ή ταλαντώσεων στη δομή του χωρόχρονου. Θεωρούσε, μάλιστα, ότι ο εντοπισμός τους θα ήταν μάλλον αδύνατος, αφού η βαρυτική δύναμη (αλληλεπίδραση) είναι 100 τρισεκατομμύρια τρισεκατομμυρίων τρισεκατομμύρια φορές μικρότερης έντασης από την ηλεκτρομαγνητική δύναμη (αλληλεπίδραση).

Προσομοίωση της σύγκρουσης δύο μαύρων τρυπών. 

Παρ’ όλα αυτά στα μέσα του περασμένου Ιουνίου το LIGO ξαναχτύπησε και πάλι όταν οι ερευνητές του ανακοίνωσαν τον εντοπισμό ενός ακόμη σήματος που παρατηρήθηκε τα ξημερώματα της επομένης ημέρας των Χριστουγέννων του 2015 και το οποίο προέρχονταν από τη σύγκρουση, και τις τελευταίες 27 περιφορές πριν απ’ αυτή, δύο μικρότερων μαύρων τρυπών (14 και 8 ηλιακών μαζών) και σε απόσταση 1,4 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη. Η δεύτερη αυτή σύγκρουση είχε σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία μιας μαύρης τρύπας 21 ηλιακών μαζών, ενώ τα υλικά μιας ολόκληρης ηλιακής μάζας είχαν μετατραπεί, σε κλάσμα του δευτερολέπτου, σε βαρυτική ενέργεια η οποία έφτασε στη Γη με τη μορφή κυματισμών στο χωροχρονικό συνεχές του Σύμπαντος και η οποία αντιστοιχεί με την εκπομπή ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας ίσης μ’ αυτήν που εκπέμπουν ένα τρισεκατομμύριο γαλαξίες σαν τον δικό μας.

Με τη νέα ερευνητική προσπάθεια του LIGO, που αναμένεται να ξεκινήσει εντός του φθινοπώρου, θα υπάρξουν μεγαλύτερες δυνατότητες απ’ ό,τι προηγουμένως, αφού θα διπλασιαστεί σχεδόν η έκταση των παρατηρήσεων των δύο ανιχνευτών, ενώ ένας ακόμη παρόμοιος ανιχνευτής (ονόματι Virgo), που θα τεθεί σε λειτουργία κοντά στην Πίζα της Ιταλίας μέχρι τα τέλη του χρόνου, θα βοηθήσει μελλοντικά στον ακριβέστερο εντοπισμό της πηγής προέλευσης των κυματισμών αυτών. Έτσι στους επόμενους έξι μήνες προβλέπεται ότι θα υπάρξουν μέχρι και δέκα νέες καταγραφές βαρυτικών κυμάτων, εμπλουτίζοντας ουσιαστικά τις γνώσεις μας για το Σύμπαν, ενώ στα επόμενα ένα με δύο χρόνια τέτοιου είδους καταγραφές θα γίνονται σε καθημερινή βάση, αφού υπολογίζεται ότι τέτοιου είδους συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών συμβαίνουν κάθε 15 λεπτά.

Ήδη, δύο ερευνητικές ομάδες από τα Πανεπιστήμια Τζονς Χόπκινς και Τόκιο, ανεξάρτητα η μία από την άλλη, εκτιμούν ότι οι μικρομεσαίες μαύρες τρύπες που εμπλέκονται σ’ αυτές τις συγκρούσεις ίσως να προέρχονται από τις πρώτες στιγμές της γέννησης του Σύμπαντος πριν από 13,82 δισεκατομμύρια χρόνια. Οι δύο αυτές ομάδες ερευνητών εκτιμούν ότι αυτού του είδους τα αντικείμενα πρέπει να είναι οι «αρχέγονες» μαύρες τρύπες που προβλέπονται από ορισμένες θεωρίες της γέννησης του Σύμπαντος και οι οποίες είχαν απασχολήσει την επιστημονική κοινότητα τη δεκαετία του 1990, ενώ άλλοι ερευνητές θεωρούν ότι τέτοιου είδους μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να αποτελέσουν και τη λύση της ύπαρξης της «Σκοτεινής Υλης» που συνεισφέρει το 85% της Υλης του Σύμπαντος.

Ο ανιχνευτής LIGO στη Λουϊζιάνα των ΗΠΑ.  

Άλλοι πάλι υπολογισμοί των δεδομένων από τις δύο πρώτες παρατηρήσεις εκτιμούν ότι οι μαύρες αυτές τρύπες προέρχονται από την απευθείας κατάρρευση μεγάλων ποσοτήτων ύλης, χωρίς την προηγούμενη έκρηξη μιας σουπερνόβα όπως συμβαίνει με τις «κανονικές αστρικές» μαύρες τρύπες. Είναι, πάντως, βέβαιο ότι το νέο αυτό παράθυρο που μας άνοιξε η ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων θα μας αποκαλύψει πολλά από τα μυστικά που κρύβουν οι μαύρες τρύπες, αλλά και γενικότερα το Σύμπαν. Γι’ αυτό, και παρ’ όλο που δεν διαθέτω κάποιο… «κληρονομικό χάρισμα», δεν θεωρώ καθόλου απίθανο οι τρεις κύριοι δημιουργοί του LIGO (οι Reiner Weiss, Kip Thorne και Ronald Drever) να είναι οι αποδέκτες του Βραβείου Νομπέλ Φυσικής του 2016 ή το αργότερο του 2017, αφού στους τρεις αυτούς ερευνητές απονεμήθηκε στις 12 Ιουλίου το Βραβείο Κοσμολογίας στη διάρκεια του 21ου Συνεδρίου Βαρύτητας και Γενικής Σχετικότητας. Σε δύο μήνες θα ξέρουμε σίγουρα!

*Ο κ. Διονύσης Π. Σιμόπουλος είναι επίτιμος διευθυντής του Ευγενιδείου Πλανηταρίου.
http://www.kathimerini.gr/874113/article/epikairothta/episthmh/yi8yroi-toy-sympantos-apo-mayres-trypes

 physicsgg.me 

Το Curiosity στέλνει πίσω εκπληκτικές Φωτογραφίες από τα βουνά του Άρη

Το ρόβερ Curiosity της NASA μπορεί να έκανε ένα μικρό διάλειμμα νωρίτερα αυτό το καλοκαίρι αφού έσβησε μόνο του αυτόματα, αλλά τώρα το σκάφος είναι πλήρως λειτουργικό και πίσω στο έργο του στέλνοντας μας μερικές εξαιρετικές εικόνες. Το Curiosity εξερευνάει την περιοχή «Murray Buttes» του Όρους Sharp και έστειλε πίσω έγχρωμες φωτογραφίες από αυτό που ο επιστήμονας του προγράμματος της NASA για το Curiosity, Ashwin Vasavada, ονομάζει «ένα οδικό ταξίδι μέσα από ένα κομμάτι της αμερικανικής ερήμου Southwest στον Άρη». Πράγματι, αυτές οι μεγάλες έγχρωμες φωτογραφίες είναι υποβλητικές του τι μπορεί να δείτε στην Αριζόνα ή το Νέο Μεξικό.

Το ρόβερ όμως δεν προσπαθεί απλώς να συλλέξει φωτογραφίες αντάξιες ενός καρτ ποστάλ. Ο Vasavada είπε ότι «μελετώντας αυτούς τους λόφους από κοντά μας έδωσαν μια καλύτερη κατανόηση των αρχαίων αμμόλοφων που σχηματίστηκαν και θάφτηκαν, άλλαξαν χημικά από τα υπόγεια ύδατα, ξεθάφτηκαν και διαβρώθηκαν για να σχηματίσουν το τοπίο που βλέπουμε σήμερα.» Βασικά, αυτή η κοντινή άποψη των λόφοι βοηθά τη NASA να κατανοήσουν την ιστορία του Άρη και πως το τοπίο του έχει αλλάξει με την πάροδο του χρόνου.

 www.tsene.com 

Τι είναι η r-διαδικασία;

Γαλαξιακό «ορυχείο χρυσού» εξηγεί την προέλευση των βαρύτερων στοιχείων στη φύση

Νέος χάρτης του Γαλαξία δείχνει πάνω από 1 δισεκατομμύριο αστέρια

Ένα νέο χάρτη του Γαλαξία, στον οποίο εικονίζονται περισσότερα από 1 δισεκατομμύριο αστέρια, παρουσίασε σήμερα ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος.

Ένα νέο χάρτη του Γαλαξία, απαράμιλλης ακρίβειας, στον οποίο εικονίζονται περισσότερα από 1 δισεκατομμύριο αστέρια, παρουσίασε σήμερα ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA, βασιζόμενος στις παρατηρήσεις που έχει κάνει το ευρωπαϊκό διαστημικό τηλεσκόπιο «Γαία».

«Με περισσότερα από 1 δισεκατομμύριο αστέρια, αυτός είναι ο μεγαλύτερος χάρτης που έχει γίνει ποτέ με βάση στοιχεία από μία και μόνη αποστολή. Είναι επίσης ο πιο ακριβής», ανακοίνωσε ο Άντονι Μπράουν, ένας ερευνητής, μέλος της αποστολής της Γαίας, σε συνέντευξη Τύπου που παραχώρησε στη Μαδρίτη.

«Οι επιστήμονες προσδιόρισαν τη θέση 1,15 δισεκατομμυρίων αστεριών», υπογράμμισε από την πλευρά του το γαλλικό Εθνικό Κέντρο Επιστημονικών Ερευνών (CNRS) που μετείχε στο εγχείρημα αυτό.

Πρόκειται για αριθμό ρεκόρ όσον αφορά την καταγραφή αστεριών, αν και αντιπροσωπεύει κάτι λιγότερο από το 1% των αστεριών του Γαλαξία στον οποίο ανήκει το ηλιακό σύστημά μας.

Οι επιστήμονες υπολογίζουν ότι ο Γαλαξίας μας φιλοξενεί συνολικά από 100 μέχρι 200 δισεκατομμύρια αστέρια.

Για 2 εκατομμύρια από αυτά τα αστέρια οι επιστήμονες από 25 ευρωπαϊκές χώρες προσδιόρισαν και έθεσαν στη διάθεση των συναδέλφων τους σε όλον τον κόσμο στοιχεία που περιλαμβάνουν την ταχύτητά τους και την απόστασή τους από τον Ήλιο.

Ο ESA και η ομάδα που χειρίζεται το τηλεσκόπιο Γαία ελπίζουν ότι γύρω στα τέλη του 2017 θα έχουν στη διάθεσή τους την ταχύτητα και την απόσταση όλων των αστεριών που παρουσιάζονται στον νέο, τρισδιάστατο, λεπτομερή χάρτη.

Η Γαία ξεκίνησε την αποστολή της στις 19 Δεκεμβρίου 2013. Παρατηρεί τον Γαλαξία, ο οποίος έχει διάμετρο 100.000 ετών φωτός και καταγράφει καθημερινά στοιχεία από 50 εκατομμύρια άστρα.

Ο νέος χάρτης θα επιτρέψει στους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα τα φαινόμενα και τους φυσικούς νόμους που διέπουν τα άστρα του Γαλαξία μας. 

 physics4u.gr

Γαία: Χαρτογραφώντας ένα δισεκατομμύριο αστέρια του Γαλαξία

Πρόκειται για τη μεγαλύτερη απογραφή ουράνιων σωμάτων που έχει γίνει ως τώρα και η οποία θα προσφέρει νέα γνώση για τη δημιουργία και εξέλιξη του Γαλαξία μας.

Η Διαστημοσυσκευή Γαία (Gaia) κινείται σε απόσταση 1,5 εκατ. χιλιομέτρων από τη Γη και σαρώνει τον ουρανό με δύο τηλεσκόπια καθώς περιστρέφεται (Φωτογραφία: ESA )

Παρίσι 

Είναι η μεγαλύτερη και ακριβέστερη απογραφή ουράνιων σωμάτων μέχρι σήμερα, ένας άθλος που θα προσφέρει νέες γνώσεις για τη δημιουργία και την εξέλιξη του Γαλαξία: οι υπεύθυνοι του ευρωπαϊκού διαστημικού τηλεσκοπίου Gaia παρουσίασαν την Τετάρτη το πρώτο τμήμα ενός τρισδιάστατου χάρτη με ένα δισεκατομμύριο άστρα.

«Το Gaia βρίσκεται στην αιχμή της Αστρονομίας, χαρτογραφώντας τον ουρανό σε ακρίβεια που παρέμενε ανέφικτη ως σήμερα» καμαρώνει ο Αλβάρο Χιμένεθ, διευθυντής Επιστήμης στην ευρωπαϊκή διαστημική υπηρεσία ESA.

Τα δεδομένα που δόθηκαν στη δημοσιότητα δίνουν την ακριβή θέση στον ουρανό και τη φωτεινότητα 1,142 δισεκατομμυρίων άστρων. Για περίπου δύο εκατομμύρια από τα άστρα αυτά, το διαστημικό τηλεσκόπιο προσδιόρισε επίσης την απόσταση και την φαινόμενη κίνηση στον ουρανό.

Ο προκαταρκτικός χάρτης του Γαλαξία περιέχει κενά που θα συμπληρωθούν τα επόμενα χρόνια (Πηγή: ESA/Gaia/DPAC)

Θα χρειαστούν χρόνια μέχρι να ολοκληρωθεί η αποστολή του Gaia, ήδη όμως ο όγκος των δεδομένων είναι τόσο μεγάλος ώστε η ESA ζητά τη βοήθεια του κοινού για την ανάλυσή τους: όλες οι μετρήσεις είναι διαθέσιμες στο νέο πόρταλ Gaia Archive.

H παρουσίαση της πρώτης δόσης δεδομένων συνοδεύεται εξάλλου από 15 επιστημονικά άρθρα που δημοσιεύονται σε ειδικό τεύχος της επιθεώρησης Astronomy & Astrophysics.

Το animation της ESA δείχνει πώς το Gaia σαρώνει τον ουρανό

To Gaia εκτοξεύτηκε το 2013 και κινείται σε απόσταση 1,5 εκατομμυρίων από τη Γη. Περιλαμβάνει στην πραγματικότητα δύο τηλεσκόπια που προβάλλουν την εικόνα σε μια κάμερα του ενός gigapixel.

To ένα δισεκατομμύριο άστρα που θα χαρτογραφήσει το Gaia αντιστοιχούν μόλις στο 1% των άστρων του Μίλκι Ουέι, παρόλα αυτά η αποστολή θεωρείται τεχνικός άθλος.

Για την ανάλυση του πρώτου σετ δεδομένων εργάστηκαν συνολικά 450 επιστήμονες και προγραμματιστές από 20 ευρωπαϊκές χώρες, ανάμεσά τους και η Ελλάδα.

Μέχρι σήμερα, ο ακριβέστερος τρισδιάστατος χάρτης άστρων του Γαλαξία ήταν αυτός που δημιουργήθηκε από την ευρωπαϊκή αποστολή Hipparcos τις δεκαετίες του 1980 και 1990, και περιλάμβανε μόλις 100.000 άστρα.

Για να να προσδιορίσουν την απόσταση και την κίνηση των πρώτων δύο εκατομμυρίων άστρων, οι ερευνητές συνδύασαν τα νέα δεδομένα του Gaia με τα δεδομένα του Hipparcos. Μπόρεσαν έτσι να διαχωρίσουν την «ιδία κίνηση» των άστρων, δηλαδή τη μετατόπισή τους στον ουρανό αποκλειστικά λόγω της κίνησής τους σε σχέση με τον Ήλιο, από τη λεγόμενη «παράλλαξη», η οποία οφείλεται μόνο στην κίνηση της Γης γύρω από τον Ήλιο. Αυτό επέτρεψε τον υπολογισμό της πραγματικής ταχύτητας των άστρων στον Γαλαξία.

Με την ολοκλήρωση της χαρτογράφησης του Gaia, οι αστρονόμοι θα έχουν μια ακριβέστερη εικόνα για τη σημερινή δομή του Γαλαξία, και θα μπορούν να υπολογίσουν τις θέσεις ενός δισεκατομμυρίου άστρων στο μακρινό παρελθόν και το μακρινό μέλλον.

Και η μελέτη της εξέλιξης του Μίλκι Ουέι θα προσφέρει νέα στοιχεία για την εξέλιξη των γαλαξιών γενικά αλλά και του ίδιου του Σύμπαντος.

Η αποστολή έχει ωστόσο και μια επιπλέον χρησιμότητα, καθώς το Gaia θα χαρτογραφήσει επίσης εκατοντάδες χιλιάδες αστεροειδείς του Ηλιακού Συστήματος, οι οποίοι θα μπορούσαν δυνητικά να απειλήσουν τη Γη.

 tovima.gr 

Το μεγάλο ταξίδι του διαστημικού σκάφους OSIRIS-REx

 ...και η εξερεύνηση του αστεροειδή Bennu

Ένα animation από το CI Lab με εντυπωσιακές λεπτομέρειες

Μια καλλιτεχνική άποψη της προσέγγισης του διαστημικού σκάφους της NASA, OSIRIS-REx, στον αστεροειδή Bennu

Μετά την εξερεύνηση του κομήτη 67/Ρ από το διαστημικό σκάφος Rosetta και την ρομποτική διαστημοσυσκευή Philae – που δεν ολοκληρώθηκε ακόμα – σειρά έχει η εξερεύνηση ενός αστεροειδή. Η NASA επέλεξε τον αστεροειδή Bennu.

Η αποστολή OSIRIS-REx έχει ως στόχο την λήψη δειγμάτων από τον Bennu και την μεταφορά τους στη Γη για μελέτη.

Η εκτόξευση θα πραγματοποιηθεί στα τέλη του 2016 και υπολογίζεται ότι το διαστημικό σκάφος OSIRIS-REx θα φτάσει στον αστεροειδή το 2018, ενώ η επιστροφή του στη Γη με δείγματα από τον αστεροειδή το 2023.

Το βίντεο που ακολουθεί, δημιουργήθηκε από το Goddard’s Conceptual Image Laboratory (CI Lab) και αναφέρεται στην αποστολή OSIRIS-REx, τον αστεροειδή Bennu και τον σχηματισμό του ηλιακού μας συστήματος:


www.nasa.gov
==============================
(νεώτερη ενημέρωση 12/9/2016)

Bennu: Το «προφίλ» του προορισμού του σκάφους OSIRIS-Rex

«Πλώρη» για τον αστεροειδή Bennu έχει βάλει εδώ και λίγα 24ωρα το διαστημόπλοιο OSIRIS-Rex της NASA, καθώς λίγο μετά τα μεσάνυχτα της περασμένης Πέμπτης, και πιο συγκεκριμένα στις 2 ώρα Ελλάδας, εκτοξεύθηκε με επιτυχία από το ακρωτήριο Κανάβεραλ. Το ταξίδι του σκάφους αναμένεται να κρατήσει μέχρι το 2023, ώστε αφότου μελετήσει τον αστεροειδή, να συλλέξει περίπου 60 γραμμάρια σκόνης και πετρωμάτων από την επιφάνειά του, και στη συνέχεια να τα μεταφέρει πίσω στη Γη.

Πρόκειται για την πρώτη απόπειρα της αμερικανικής υπηρεσίας διαστήματος για τη λήψη υλικού από έναν αστεροειδή, με τη NASA να ελπίζει πως η εξερεύνηση του διαστημικού βράχου θα αποκαλύψει μεταξύ άλλων σημαντικά στοιχεία για την προέλευση της ζωής στη Γη. Ωστόσο, το γεγονός ότι αποτελεί τον προορισμό μιας ιστορικής αποστολής για τη NASA δεν είναι το μόνο εντυπωσιακό στοιχείο του Bennu.

Πιθανά απειλή για τον πλανήτη μας

Ο βράχος θα… ανταποδώσει την επίσκεψη του διαστημοπλοίου το 2135, όταν θα περάσει σε πολύ μικρή απόσταση – με συνέπεια να μην μπορεί να αποκλεισθεί το ενδεχόμενο να συγκρουσθεί με τον πλανήτη μας. Ωστόσο, αν και υπαρκτό, το σενάριο αυτό κάθε άλλο παρά βέβαιο είναι, αφού η πιθανότητα πρόσκρουσης είναι μόλις 1 στις 2.700. Παράλληλα, όπως επισημαίνουν οι επιστήμονες, σε περίπου ενάμιση αιώνα από σήμερα η ανθρωπότητα θα έχει αναπτύξει μεθόδους «άμυνας», ώστε είτε να καταστρέψουν τον αστεροειδή είτε να τον εκτρέψουν από την πορεία του.

«Νονός» του βράχου 9χρονος μαθητής

Ο αστεροειδής ανακαλύφθηκε το 1999 και πήρε το όνομά του 14 χρόνια αργότερα. «Νονός» του αναδείχθηκε ο Μάικ Πάζιο, ένας 9χρονος τότε μαθητής από την Καρολίνα, ο οποίος είχε υποβάλει τον όρο Bennu σε διεθνή διαγωνισμό για την ονοματοδοσία του διαστημικού βράχου. Ο Πάζιο εμπνεύσθηκε το Bennu (Μπενού) από την αιγυπτιακή μυθολογία.

Λίγο ψηλότερος από το Εμπάιρ Στέιτ Μπίλντινγκ

Απαντώντας σε ερώτηση που της τέθηκε μέσω του Twitter, από κάποιον χρήστη ο οποίος ζητούσε ένα συγκριτικό παράδειγμα για το μέγεθος του Bennu, η NASA σημείωσε πως ο βράχος είναι λίγο ψηλότερος από το Εμπάιρ Στέιτ Μπίλντινγκ στη Νέα Υόρκη. Στην πραγματικότητα, το σχήμα του μοιάζει περισσότερο με σφαίρα, διαμέτρου περίπου 500 μέτρων.

Οι διαστάσεις του έπαιξαν σημαντικό ρόλο στην επιλογή του συγκεκριμένου αστεροειδούς για την αποστολή της NASA. Ο λόγος είναι πως οι αστεροειδείς με διάμετρο μικρότερη από 200 μέτρα περιστρέφονται πολύ γρήγορα γύρω από τον εαυτό τους, με συνέπεια να εκσφενδονίζουν στο διάστημα υλικό, θέτοντας σε κίνδυνο ένα διαστημόπλοιο που θα βρεθεί σε κοντινή απόσταση.

Κοσμικό «ραντεβού» σε μικρή απόσταση

Η τροχιά του Bennu είναι λίγο μεγαλύτερη από της Γης, αφού ολοκληρώνει μία περιφορά γύρω από τον Ήλιο σε 14 μήνες. Επίσης, ο αστεροειδής συγκαταλέγεται σε μόλις 192 από 7.000 γνωστούς διαστημικούς βράχους, για τους οποίους ένα διαστημόπλοιο δεν θα έπρεπε να διανύσει περισσότερο από 230 εκατ. χιλιόμετρα, για να τους «επισκεφθεί».

Ιδανική «χρονοκάψουλα»

Η εξονυχιστική μελέτη του αστεροειδούς με επίγεια τηλεσκόπια έχει δείξει πως είναι πλούσιος σε άνθρακα, ο οποίος επομένως χρονολογείται από τη δημιουργία των πλανητών, πριν από 4,5 δισ. χρόνια. Αν το σκάφος επιβεβαιώσει τη μεγάλη του περιεκτικότητα σε άνθρακα, αυτό θα σημαίνει πως είναι ιδανική «χρονοκάψουλα», μεταφέροντας νοερά τους επιστήμονες στις πρώτες φάσεις σχηματισμού του ηλιακού συστήματος. Επομένως, συγκεντρώνει πολλές πιθανότητες να προσφέρει νέα στοιχεία γα την προέλευση της ζωής στη Γη και πιθανότατα σε άλλους πλανήτες ή δορυφόρους στην κοσμική «γειτονιά» μας.

 http://www.naftemporiki.gr/story/1146303/bennu-to-profil-tou-proorismou-tou-skafous-osiris-rex

 physicsgg.me 

CERN – Πείραμα DIRAC: Ανιχνεύθηκε παράξενο άτομο που συγκροτείται από δυο μεσόνια

Ένα άτομο κανονικά είναι ένας πυρήνας που περιβάλλεται από ηλεκτρόνια. Όμως οι φυσικοί παρατήρησαν διάφορα εξωτικά άτομα που συγκροτούνται από άλλα σωματίδια, όπως μεσόνια (σωματίδια με δυο κουάρκ). Ακολουθώντας προηγούμενα στοιχεία, μια νέα ανάλυση δεδομένων από το πείραμα DIRAC στο CERN βρήκε τα πρώτα αδιάσειστα στοιχεία ενός ατόμου που διαμορφώνεται από ένα π μεσόνιο (που περιέχει up και down κουάρκ) και από ένα Κ μεσόνιο (που περιέχει up και strange κουάρκ). Επιπλέον μελέτη αυτών των παράξενων διμεσονίων θα πρέπει να παράσχει βαθύτερη γνώση στο πώς τα κουάρκ αντιδρούν σε σχετικά χαμηλές ενέργειες.


Άτομα περιέχοντα μεσόνια, όπως καονικό υδρογόνο (πρωτόνιο και Κ) και πιόνιουμ (δυο αντίθετα φορτισμένα π μεσόνια), συγκρατούνται με ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις. Ωστόσο, οι ισχυρές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των κουάρκ αναγκάζουν τα άτομα να διασπαστούν. Ακριβείς μετρήσεις των χρόνων ζωής αυτών των διασπάσεων θα έβαζαν σημαντικούς περιορισμούς στις πιθανότητες σκέδασης των χαμηλής ενέργειας κουάρκ, που δεν μπορεί να υπολογιστεί άμεσα.
Το πείραμα DIRAC οικοδομήθηκε για να ανιχνεύσει και να περιγράψει τα πΚ άτομα (όπως και τα ππ άτομα). Για να δημιουργήσουν αυτές τις δέσμιες καταστάσεις, οι ερευνητές πυροδότησαν μια δέσμη πρωτονίων υψηλής ενέργειας προς ένα λεπτό μεταλλικό φύλλο. Οι συγκρούσεις μεταξύ πρωτονίων και των πυρήνων του μετάλλου περιστασιακά παρήγαγαν πΚ άτομα και μερικά από αυτά τα άτομα συγκρούστηκαν με άλλους πυρήνες αναγκάζοντάς τους να διαχωριστούν σε αδέσμευτα πΚ ζεύγη.

Οι εγκαταστάσεις του πειράματος DIRAC

Το DIRAC σχεδιάστηκε για να ανιχνεύει αυτά τα ζεύγη χρησιμοποιώντας ένα διπλού βραχίονα φασματόμετρο μάζας. Προηγούμενα αποτελέσματα έδειξαν στοιχεία των πΚ ατόμων, αλλά η υποκείμενη στατιστική σημαντικότητα ήταν πολύ χαμηλή για να υποστηριχθεί μια ανίχνευση. Η συνεργασία DIRAC έχει τώρα συνδυάσει στοιχεία από προσπάθειες που χρησιμοποιήθηκαν διαφορετικά μεταλλικά φύλλα και βελτίωσε τις εκτιμήσεις του υπόβαθρου από πΚ ζεύγη που δεν έχουν σχέση με άτομα. Η ομάδα αναφέρει την ανίχνευση πάνω από 300 πΚ ατόμων και συνεχίζει με επιπλέον ανάλυση για να υπολογίσει τη διάρκεια ζωής της πK διάσπασης.

Πηγή: APS
Περισσότερα στη δημοσίευση: Observation of π−K+ and π+K− Atoms. Phys. Rev. Lett. 117.

 egno.gr 

5 Γαιώδεις Πλανήτες που βρίσκονται σε μικρή απόσταση από τη Γη

1.Γουόλφ 1061γ (Wolf 1061c)

Αυτός ο εξωπλανήτης βρίσκεται σε απόσταση περίπου 13,8 ετών φωτός από τη Γη στον αστερισμό του Οφιούχου, καθιστώντας τον το δεύτερο πιο γνωστό κοντινό  στη Γη κατοικήσιμο πλανήτη, μετά τον Πρόξιμα β (Proxima b).

Ο Γουόλφ 1061 γ βρίσκεται μέσα στην κατοικήσιμη ζώνη ενός κόκκινου νάνου αστέρα που ονομάζεται Wolf 1061, σύμφωνα με μια μελέτη που δημοσιεύθηκε το 2015 στο  ΄΄The Astrophysical Journal Letters΄΄.

Ο εξωπλανήτης χρειάζεται περίπου 17,9 ημέρες για να ολοκληρώσει μια τροχιά γύρω από το μητρικό του άστρο. Εκτιμάται ότι η  μάζα του είναι περίπου 4,3 φορές μεγαλύτερη από αυτή της Γης. Ο Γουόλφ 1061 γ πιστεύεται ότι είναι ένας βραχώδης πλανήτης, το οποίο σημαίνει ότι μπορεί να είναι σε θέση να υποστηρίξει ζωή όπως την ξέρουμε.

2. Γκλίσιε 832 γ (Gliese 832c)

Αυτός ο εξωγήινος κόσμος είναι λίγο μακρύτερα από τη Γη, αλλά εμφανίζει πολλά παρόμοια χαρακτηριστικά με αυτά του πλανήτη μας, που υποδηλώνουν ότι μπορεί να είναι αρκετά σε θέση να υποστηρίξει ζωή.

Ο Γκλίσιε 832 γ βρίσκεται μόλις 16 έτη φωτός από τη Γη και βρίσκεται μέσα στην κατοικήσιμη ζώνη ενός κόκκινου νάνου αστέρα που ονομάζεται Γκλίσιε 832 (Gliese 832). Αυτός ο εξωπλανήτης ολοκληρώνει μια τροχιά γύρω από το άστρο του σε 36 ημέρες.

Ο Γκλίσιε 832 γ (Gliese 832c)  είναι αυτό που οι αστρονόμοι αποκαλούν "σούπερ-Γη», επειδή είναι τουλάχιστον πέντε φορές τη μάζα της Γης. Στην πραγματικότητα είναι ο δεύτερος πλανήτης που βρίσκεται γύρω από το άστρο Γκλίσιε 832  . Ωστόσο, ο άλλος πλανήτης του συστήματος ο Γκλίσιε 832 β, είναι ένας αέριος γίγαντας που δεν είναι σε θέση να υποστηρίξει ζωή.

3. Γκλίσιε 667Γγ (Gliese 667Cc)

Αυτός ο εξωπλανήτης θεωρείται επίσης σαν «σούπερ-Γη», επειδή η μάζα του είναι τουλάχιστον 3,9 φορές μεγαλύτερη από της Γης. 

Είναι σε τροχιά γύρω από ενα κόκκινο νάνο αστέρα τον Γκλίσιε 667Γ (Gliese 667C), ο οποίος αποτελεί μέρος ενός συστήματος τριών αστέρων που βρίσκεται 22 έτη φωτός μακριά, στον αστερισμό του Σκορπιού.

Ο  Γκλίσιε 667Γγ  βρίσκεται επίσης μέσα στην κατοικήσιμη ζώνη του άστρου του, και χρειάζεται περίπου 28 ημέρες για να ολοκληρώσει μια πλήρη τροχιά. Οι αστρονόμοι ανακοίνωσαν την ανακάλυψη αυτού του άγνωστου κόσμου το 2011.

Ανακαλύφθηκε χρησιμοποιώντας το 3,6 μέτρων τηλεσκόπιο του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου στη Χιλή (ESO).

 4. ΤΡΑΠΙΣΤ-1δ (TRAPPIST-1d)

Αυτός ο εξωπλανήτης περιφέρεται γύρω από ένα υπέρψυχρο νάνο αστέρα γνωστό ως Τράπιστ-1, ο οποίος βρίσκεται περίπου 40 έτη φωτός μακριά από τη Γη στον αστερισμό του Υδροχόου. Ο Τράπιστ-1δ βρίσκεται επίσης μέσα στην κατοικήσιμη ζώνη του αστέρα του.

Οι αστρονόμοι ανακοίνωσαν την ανακάλυψη του συστήματος Τράπιστ-1 στις 2 Μαΐου, 2016. Αυτό το εξωηλιακό σύστημα έχει τρεις δυνητικά πλανήτες σαν τη Γη που περιστρέφονται γύρω από το νάνο αστέρα.

Οι επιστήμονες βρήκαν το σύστημα των αστέρων Τράπιστ-1 και των πλανητών, χρησιμοποιώντας το όργανο Trappist (TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope ) στο Αστεροσκοπείο La Silla στη Χιλή, το οποίο λειτουργεί από το ESO.
.

5, Γκλίσιε 163γ (Gliese 163c)

Αυτός ο εξωπλανήτης φαίνεται επίσης δυνητικά στην κατοικήσιμη ζώνη και βρίσκεται 49 έτη φωτός από τη Γη, στον αστερισμό της Δοράδος (Dorado). Ο Γκλίσιε 163γ έχει περίπου επτά φορές τη μάζα της Γης, κερδίζοντας τον τίτλο της «υπερ-Γης».

Βρίσκεται μέσα στην κατοικήσιμη ζώνη γύρω από έναν κόκκινο νάνο αστέρα που είναι γνωστός ως Γκλίσιε 163  και χρειάζεται 26 ημέρες για να ολοκληρώσει μια τροχιά γύρω από το άστρο του. Ο Γκλίσιε 163γ είναι ένας από τους δύο εξωπλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από το άστρο Γκλίσιε 163 .

 Οι αστρονόμοι βρήκαν αυτόν τον πλανήτη χρησιμοποιώντας το όργανο Υψηλής Ακρίβειας Πλανητικό Ανιχνευτή Ακτινικής Ταχύτητας (( High Accuracy Radial velocity Planet Searcher (HARPS)), το οποίος είναι τοποθετημένο στο τηλεσκόπιο του ESO που βρίσκεται στο Παρατηρητήριο La Silla.


ΠΗΓΕΣ : Big Bang To Dynamic Earth
                el.wikipedia.org
                eugenfound.edu.gr

Απόδοση στα Ελληνικά : Δημήτρης Γκίκας

Όλος ο άνθρακας στον πλανήτη μας προέρχεται από την σύγκρουση με ένα μικρό πλανήτη

Σχεδόν όλος ο άνθρακας της Γης -χάρη στον οποίο υπάρχει ζωή πάνω στον πλανήτη μας, αφού στον άνθρακα βασίζονται όλοι οι έμβιοι οργανισμοί- πιθανώς προέρχεται από μια κατακλυσμική σύγκρουση, που συνέβη πριν περίπου 4,4 δισεκατομμύρια χρόνια ανάμεσα στη Γη και σε ένα άλλο εμβρυικό πλανήτη, σύμφωνα με νέες εκτιμήσεις επιστημόνων.

Σχεδόν όλος ο άνθρακας της Γης -χάρη στον οποίο υπάρχει ζωή πάνω στον πλανήτη μας, αφού στον άνθρακα βασίζονται όλοι οι έμβιοι οργανισμοί- πιθανώς προέρχεται από μια κατακλυσμική σύγκρουση, που συνέβη πριν περίπου 4,4 δισεκατομμύρια χρόνια ανάμεσα στη Γη και σε ένα άλλο εμβρυικό πλανήτη, σύμφωνα με νέες εκτιμήσεις επιστημόνων. 

Το μυστήριο

Η παρουσία του άνθρακα στη Γη, η οποία δημιουργήθηκε πριν από 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια, αποτελεί ένα παλαιό μυστήριο για τους επιστήμονες. Οι γεωλόγοι και χημικοί αναρωτιούνται πώς είναι δυνατό να αναπτύχθηκε η ζωή με βάση τον άνθρακα, αφού  ο τελευταίος -ως πτητικό στοιχείο- κανονικά θα έπρεπε πολύ γρήγορα, λίγο μετά τη δημιουργία του πλανήτη μας, είτε να είχε διαφύγει στο διάστημα εξατμιζόμενος από τις «κολασμένες» θερμοκρασίες της αρχέγονης Γης, είτε να είχε «κλειδωθεί» στον μεταλλικό πυρήνα της Γης. Όμως τόσο ο μανδύας του πλανήτη μας -το ενδιάμεσο στρώμα μεταξύ της επιφάνειας και του πυρήνα- όσο και η βιόσφαιρα της επιφάνειας διαθέτουν άφθονο άνθρακα μέχρι σήμερα.

Ο εμπλουτισμός

Ερευνητές από τις ΗΠΑ και την Κίνα, με επικεφαλής τον γεωλόγο Rajdeep Dasgupta του Πανεπιστημίου Rice του Τέξας ανέπτυξαν ένα νέο μοντέλο. Σύμφωνα με αυτό, η Γη δέχθηκε έξωθεν μια γενναία «ένεση» άνθρακα, όταν -γύρω στα 200 εκατομμύρια χρόνια μετά τον σχηματισμό της- έπεσε πάνω της ένας πρωτο-πλανήτης με μέγεθος όσο ο σημερινός Ερμής, ο οποίος τελικά απορροφήθηκε από τον πλανήτη μας και τον εμπλούτισε με τον τόσο ζωτικό άνθρακα.

Οι νέες εκτιμήσεις βασίζονται σε προσομοιώσεις στο εργαστήριο, οι οποίες αναπαριστούν τις συνθήκες υψηλής πίεσης και υψηλής θερμοκρασίας που επικρατούν στο εσωτερικό της Γης και άλλων πλανητών. Σε κάθε περίπτωση, πρόκειται για ένα πιθανό σενάριο και, προς το παρόν, δεν μπορεί κανείς να είναι σίγουρος κατά πόσο όντως ισχύει.

H νέα θεωρία δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Nature Geoscience». 

physics4u.gr 

Πού βρίσκεται όλη η αντιύλη;

Αν επρόκειτο να καταγράψουμε τις ατέλειες του Καθιερωμένου Μοντέλου – την πιο επιτυχημένη περιγραφή της ύλης και των αλληλεπιδράσεων στο χώρο της φυσικής – πολύ ψηλά στη λίστα, θα πρέπει να ήταν η πρόβλεψη του ότι εμείς κανονικά δεν πρέπει υπάρχουμε.

Αν επρόκειτο να καταγράψουμε τις ατέλειες του Καθιερωμένου Μοντέλου – την πιο επιτυχημένη περιγραφή της ύλης και των αλληλεπιδράσεων στο χώρο της φυσικής – πολύ ψηλά στη λίστα, θα πρέπει να ήταν η πρόβλεψη του ότι εμείς κανονικά δεν πρέπει υπάρχουμε.

Σύμφωνα με τη θεωρία, ύλη και αντιύλη δημιουργήθηκαν σε ίσες ποσότητες κατά το big bang. Κανονικά, θα πρέπει να είχαν εξαϋλωθεί εντελώς και τα δύο κατά το πρώτο δευτερόλεπτο, περίπου, μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Ο Κόσμος θα έπρεπε να ήταν γεμάτο ακτινοβολία και φως, τίποτε άλλο.
Και όμως, εδώ είμαστε. Επίσης, οι πλανήτες, τα αστέρια και οι γαλαξίες. Όλα, στο βαθμό που μπορούμε να τα δούμε, φτιάχνονται αποκλειστικά από την ύλη. Επομένως το σκορ μεταξύ πραγματικότητας και θεωρίας είναι 1-0.

Δύο είναι οι εύλογες λύσεις σε αυτό το υπαρξιακό μυστήριο. Πρώτον, υπάρχει κάποια λεπτή διαφορά στη φυσική της ύλης και αντιύλης που άφησε το πρώιμο σύμπαν με ένα πλεόνασμα της ύλης. Ενώ η θεωρία προβλέπει ότι ο κόσμος της αντιύλης είναι μια τέλεια αντανάκλαση του δικού μας, πειράματα έχουν ήδη βρει ύποπτα ‘ραγίσματα’ στον καθρέφτη. Το 1998, πειράματα στο CERN έδειξαν ότι ένα συγκεκριμένο εξωτικό σωματίδιο, το καόνιο, μετατράπηκε στο αντισωμάτιο του ελαφρώς πιο συχνά από ό,τι συνέβη το αντίθετο, δημιουργώντας έτσι μια ελαφρά ανισορροπία μεταξύ των δύο, δηλαδή του καονίου και του αντι-καονίου.

Ακολούθησαν πειράματα σε επιταχυντές στην Καλιφόρνια και την Ιαπωνία, όπου το 2001 αποκαλύφθηκε μια παρόμοια, πιο έντονη ασυμμετρία ανάμεσα στα βαρύτερα ξαδέλφια του καονίου, γνωστά ως B μεσόνια. Μόλις ο επιταχυντής LHC στο CERN λειτουργήσει εντός του τρέχοντος έτους, το πείραμα του LHCb θα χρησιμοποιεί ένα ανιχνευτή 4.500 τόνων με σκοπό να κατασκοπεύσει δισεκατομμύρια B μεσόνια και να αποκαλύψει τα μυστικά τους με μεγαλύτερη ακρίβεια.

Αλλά το LHCb δεν είναι απαραίτητο ότι θα μας προσφέρει την τελευταία λέξη για το πού πήγε όλη η αντιύλη.

«Τα αποτελέσματα είναι πολύ μικρά για να εξηγήσουν την ασυμμετρία μεγάλης κλίμακας», λέει ο Frank Close, ένας σωματιδιακός φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης.

Η δεύτερη εύλογη απάντηση στο μυστήριο της ύλης μπορεί να είναι η εξής: η εξαΰλωση να μην ήταν ολική σε αυτά τα πρώτα δευτερόλεπτα: κατά κάποιο τρόπο, ύλη και αντιύλη κατάφεραν να ξεφύγουν από την μοιραία σύλληψη της μιας από την άλλη. Κάπου εκεί έξω, σε κάποια κατοπτρική περιοχή του σύμπαντος, παραφυλάει η αντιύλη και έχει συγκεντρωθεί αντι-αστέρια, αντι-γαλαξίες και ίσως ακόμη και σε αντι-ζωή.

«Η ιδέα αυτή δεν είναι παλαβή», λέει ο Close. Όταν ένας ζεστός μαγνήτης ψύχεται, επισημαίνει, μεμονωμένα άτομα μπορεί να υποχρεώσουν τους γείτονές τους να ευθυγραμμιστούν με μαγνητικά πεδία, δημιουργώντας τομείς του μαγνητισμού ευθυγραμμισμένους προς διαφορετικές κατευθύνσεις. Μια παρόμοια κατάσταση θα μπορούσε να συμβεί καθώς το σύμπαν ψύχθηκε μετά την Μεγάλη Έκρηξη. «Μπορεί να έχουμε αρχικά μια μικρή επιπλέον ύλη εδώ και λίγη επιπλέον αντιύλη κάπου αλλού», συμπληρώνει. Αυτές οι μικρές διαφορές μπορεί να επέκτειναν τις δραστηριότητές τους σε μεγάλες ξεχωριστές περιοχές με την πάροδο του χρόνου.

Αυτές οι περιοχές με αντιύλη, αν υπάρχουν, δεν είναι βεβαίως γύρω μας. Η εξαύλωση στα σύνορα μεταξύ των περιοχών των άστρων και των αντι-άστρων θα παράγουν μια πρόδηλη υπογραφή από υψηλής ενέργειας ακτίνες γάμμα. Εάν ένα σύνολο αντι-γαλαξιών πρόκειται να συγκρουστεί με τους κανονικούς γαλαξίες, με αποτέλεσμα την εξαύλωση τους θα είναι ένα αφάνταστα κολοσσιαίο γεγονός. Δεν έχουμε δει ποτέ καμία τέτοια ένδειξη, αλλά και πάλι υπάρχουν πολλές περιοχές του σύμπαντος που δεν έχουν ακόμη εξεταστεί – και ολόκληρες περιοχές που είναι πάρα πολύ μακριά για να τις δούμε.

Η ανακάλυψη αντι-ηλίου ή άλλων ατόμων βαρύτερων από το υδρογόνο θα είναι συγκεκριμένα αποδεικτικά στοιχεία για ένα αντι-σύμπαν. Αυτό θα σημαίνει ότι αντι-άστρα ‘μαγειρεύουν’ αντι-άτομα μέσα σε μια πυρηνική σύντηξη, όπως ακριβώς κάνουν τα κανονικά αστέρια που ‘καίνε’ κανονικά άτομα.

Το Alpha Magnetic Spectrometer είναι ένα όργανο 1,5 δισεκατομμυρίων δολαρίων που έχει κατασκευαστεί για να ανιχνεύει κοσμικές ακτίνες για αυτά ακριβώς τα σημάδια. Είναι στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, και ανιχνεύει και ποζιτρόνια.

Πηγή: New Scientist,
Written by Δ.Μ.
physics4u.gr