Ανιχνεύοντας νερό στο διάστημα. Και γιατί αυτή η αναζήτηση έχει τόση μεγάλη σημασία;

Ο Miguel Pereira Santaella,  ερευνητής και  συνεργάτης στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης, αναλύει το πρόσφατα δημοσιευμένο έργο του, το οποίο έχει να κάνει με την παρατήρηση και μελέτη, και η οποία γίνεται για πρώτη φορά, σχετικά με τις μεταβολές του νερού στο διάστημα. Ο ερευνητής Miguel Pereira Santaella λοιπόν μας εξηγεί με δυναμικό τρόπο πώς η ανακάλυψη αυτή θα βοηθήσει τους επιστήμονες να απαντήσουν σε μεγάλα ερωτήματα σχετικά με τη δημιουργία και την υπόσταση των πλανητών, κάτι που όπως πιστεύεται, θα βοηθήσει σημαντικά στο να οικοδομηθεί μια σαφέστερη και ακριβέστερη κατανόηση του σύμπαντος.

 

Στην εικόνα βλέπουμε έναν Γαλαξία όπου το φως από τους αστρικούς σχηματισμούς εμποδίζεται από μεγάλες ποσότητες διαστρικής σκόνης.Εικόνα: NASA, ESA, the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration, and A. Evans (University of Virginia, Charlottesville/NRAO/Stony Brook University)

Από τα σύννεφα μέχρι τους ποταμούς, τους παγετώνες και τους ωκεανούς, το νερό είναι παντού στη Γη. Αυτό όμως που είναι λιγότερο γνωστό, είναι πόσο άφθονο είναι το μόριο του Νερού στο διάστημα.

Σε αντίθεση με τη Γη, το μεγαλύτερο μέρος του νερού στο διάστημα παίρνει είτε τη μορφή ατμού, είτε σχηματίζει μανδύες πάγου κολλημένους σε διαστρικούς κόκκους σκόνης. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η εξαιρετικά χαμηλή πυκνότητα του διαστρικού χώρου – η οποία είναι τρισεκατομμύρια φορές χαμηλότερη από τον αέρα εδώ στη Γη, - εμποδίζει τον σχηματισμό υγρού νερού. Η διαδικασία σχηματισμού αστέρων μπορεί να μας αποκαλύψει το πώς συμπεριφέρεται το σύμπαν. Όμως ο μόνος τρόπος για να μελετηθεί κάτι τέτοιο, μιας και απαιτείται περιβάλλον απαλλαγμένο από την διαστρική σκόνη η οποία εμποδίζει την παρατήρηση, είναι μέσω του υπέρυθρου φωτός, έτσι η ανίχνευση των κινήσεων, ή των μεταβολών αν θέλετε του νερού με τη βοήθεια της υπέρυθρης παρατήρησης, είναι ζωτικής σημασίας.

Τα μόρια του νερού παρουσιάζουν κυμαινόμενα επίπεδα κβαντικής ενέργειας. Η δραστηριότητα αυτή μας επιτρέπει να παρατηρούμε τα μόρια αυτά και είναι γνωστή ως ¨Μετάβαση του νερού¨ (water transition). Ο όρος αναφέρεται στο καλύτερο σημείο της επιστημονικής παρατήρησης, το οποίο είναι το ακριβές μήκος κύματος στο οποίο τα μόρια του νερού μεταβαίνουν από τη μια κβαντική κατάσταση στην άλλη, και καθώς συμβαίνει αυτό εκπέμπουν φως αυξάνοντας έτσι την δυνατότητα ανίχνευσή τους μιας και γίνονται περισσότερο ορατά.      

Η πλειονότητα αυτών των μεταβάσεων δεν είναι πολύ ενεργητικές, έτσι εμφανίζονται στις περιοχές του υπέρυθρου και υπο-χιλιοστομετρικού ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, με μικρά μήκη κύματος (κυμαίνονται από 50 μm έως 1000 μm (1 mm)). Οι επίγειες παρατηρήσεις αυτών τις μεταβάσεων του νερού είναι πολύ δύσκολες, διότι η πυκνή, ατμοποιημένη μας ατμόσφαιρα σχεδόν αποκλείει απόλυτα την θέαση του φαινομένου αυτού.

Οι βελτιώσεις στην τεχνολογία και η ανάπτυξη Υπέρ- τηλεσκοπίων μας ανοίγουν μια συνεχώς αυξανόμενη ¨πύλη¨ στο σύμπαν, αλλά και οι πλανητικές γνώσεις μας αυξάνονται επίσης με ταχείς ρυθμούς. Είμαστε πλέον σε θέση να εντοπίσουμε τις μεταβάσεις του νερού με τρόπους που απλά δεν μπορούσαμε νωρίτερα. Το φαινόμενο αυτό φαίνεται καλύτερα από τηλεσκόπια σε αστεροσκοπεία που βρίσκονται σε υψηλό υψόμετρο, και σε εξαιρετικά ξηρές θέσεις. Όπως η Μεγάλη Χιλιοστομετρική Συστοιχία Ραδιοτηλεσκοπίων που βρίσκεται στην έρημο της Ατακάμα στη Χιλή, (το πιο άνυδρο και ξηρό μέρος στη Γη) σε υψόμετρο 5000 μέτρων [(Atacama Large Millimeter Array (ALMA)]. 

 

Άποψη της Μεγάλης Χιλιοστομετρικής/Υποχιλιοστομετρικής Συστοιχίας Ραδιοτηλεσκοπίων που βρίσκεται στην έρημο της Ατακάμα στη Χιλή [Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA)], που δείχνει τις κεραίες του τηλεσκοπίου κάτω από έναν νυχτερινό ουρανό που κόβει την ανάσα.

Εικόνα: Christoph Malin

¨Στη μελέτη μας που δημοσιεύτηκε στον ιστότοπο  Astronomy & Astrophysics, χρησιμοποιώντας το ALMA, ανιχνεύσαμε για πρώτη φορά τη μετάβαση του νερού (670 μm) στο διάστημα. Τα μόρια εντοπίστηκαν σε έναν κοντινό σπειροειδή γαλαξία (τον ESO 320-G030 -160 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά) σε ένα σημείο όπου το Σύμπαν επεκτείνεται εκπληκτικά, και η ατμόσφαιρα του είναι συνεπώς πιο διαφανής (μετατοπίζεται στο ερυθρό στα 676 μm).

Η εκπομπή υδρατμών σε αυτόν τον γαλαξία προέρχεται από τον πυρήνα του, όπου λαμβάνει χώρα μεγάλος σχηματισμός αστεριών. Για να σας δώσουμε μια ιδέα για το πόσο τεράστιος είναι αυτός ο γαλαξίας, ο πυρήνας του περιέχει ποσότητα νερού 30 τρισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από εκείνη των ωκεανών της Γης, και έχει διάμετρο 15 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από την απόσταση Γης – Ηλίου¨.

Τι κάνει λοιπόν αυτή τη μετάβαση του νερού διαφορετική από άλλες που παρατηρήθηκαν στο παρελθόν; Η ανάλυσή που κάναμε μας αποκάλυψε ότι αυτά τα μόρια νερού εντείνουν το ρυθμό εκπομπής τους όταν έλθουν σε επαφή με φωτόνια υπέρυθρου φωτός. Αυτή η αύξηση της δραστηριότητας διευκολύνει τους επιστήμονες στο να τα παρατηρούν ευκολότερα. Τα μόρια νερού προσελκύονται περισσότερο από φωτόνια με συγκεκριμένα μήκη κύματος 79 και 132 μm αντίστοιχα, τα οποία, όταν απορροφώνται, ενισχύουν το περίγραμμα της μετάβασης, αυξάνοντας έτσι την ορατότητά της. Για το λόγο αυτό, αυτό το συγκεκριμένο φαινόμενο, δηλαδή η  μετάβαση του νερού, έχει τη δυνατότητα να μας αποκαλύψει την ένταση του υπέρυθρου φωτός στον πυρήνα των γαλαξιών, σε χωρικές κλίμακες πολύ μικρότερες από αυτές που επιτρέπονται από τις άμεσες παρατηρήσεις στο υπέρυθρο φάσμα.

Το υπέρυθρο φως παράγεται κατά τη διάρκεια γεγονότων όπως η ανάπτυξη υπερμεγέθων μελανών οπών, ή κατά τη διάρκεια βίαιων αστρικών σχηματισμών. Αυτά τα φαινόμενα συμβαίνουν συνήθως σε περιβάλλοντα εξαιρετικά ¨σκιασμένα¨ από διαστρική σκόνη, όπου το φως απορροφάται σχεδόν πλήρως από κόκκους σκόνης. Η ενέργεια που απορροφάται από τους κόκκους αυτούς αυξάνει τη θερμοκρασία τους, και αρχίζουν να εκπέμπουν θερμική ακτινοβολία στο υπέρυθρο. Η καταγραφή αυτών των γεγονότων μπορεί να μας πει πολλά για το πώς συμπεριφέρεται το Σύμπαν, έτσι η ανίχνευση των μεταβάσεων αυτών του νερού που μπορούν να καταγραφούν μέσω της παρατήρησης του υπέρυθρου φωτός, είναι ζωτικής σημασίας.

Μελλοντικά, σκοπεύουμε να παρατηρήσουμε αυτή τη μετάβαση του νερού σε περισσότερους γαλαξίες, όπου η κοσμική σκόνη εμποδίζει όλο το φως να περάσει μέσα από τα τηλεσκόπιά μας. Κάτι τέτοιο θα αποκαλύψει τι κρύβεται πίσω από αυτές τις…¨κουρτίνες¨ κοσμικής σκόνης, και θα μας βοηθήσει να καταλάβουμε πώς εξελίσσονται οι γαλαξίες από σπείρες αστρικών σχηματισμών, όπως ο Γαλαξίας μας, σε υπέργηρους, ανενεργούς και στείρους ελλειπτικούς γαλαξίες όπου δεν σχηματίζονται πλέον νέα άστρα.

Πηγή

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:  

https://www.facebook.com/Aratosastronomy/

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.

Από την ομάδα : @Aratosastronomy