Το βελτιωμένο όργανο μέτρησης κοσμικών αποστάσεων του Διαστημικού Τηλεσκοπίου Χάμπλ (Hubble Yardstick) δίνει στους επιστήμονες ικανά στοιχεία που υποδηλώνουν μια νέα φυσική στο Σύμπαν
Αστρονόμοι χρησιμοποίησαν το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Χάμπλ της NASA για να επιτύχουν τις πιο ακριβείς μετρήσεις του ρυθμού διαστολής του σύμπαντος από τότε που υπολογίστηκε αρχικά πριν από περίπου έναν αιώνα. Είναι ενδιαφέρον ότι τα αποτελέσματα αναγκάζουν τους αστρονόμους να θεωρήσουν ότι μπορεί να παρατηρούν νέα στοιχεία για κάτι απρόσμενο στη λειτουργία και στη δομή του Σύμπαντος.
Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το τελευταίο εύρημα του ΔΤ Χάμπλ επιβεβαιώνει μια ασυνήθιστη απόκλιση, που δείχνει ότι το Σύμπαν διαστέλλεται πιο γρήγορα από ότι αναμενόταν. Όλο αυτό έρχεται σε αντίθεση με την όλη πορεία του Σύμπαντος που αναμενόταν από τους αστρονόμους να συμβεί λίγο μετά την Μεγάλη Έκρηξη. Οι ερευνητές προτείνουν ότι μπορεί να υπάρχει μια νέα φυσική για να εξηγηθεί η ασυνέπεια αυτή.
"Η επιστημονική κοινότητα αγωνίζεται πραγματικά για την κατανόηση της έννοιας αυτής της απόκλισης", δήλωσε ο επικεφαλής ερευνητής και βραβευμένος με Νόμπελ Adam Riess του Ινστιτούτου Επιστήμης Διαστημικού Τηλεσκοπίου (STScI) και του Πανεπιστήμιο Johns Hopkins, στη Βαλτιμόρη, και το Μαίρυλαντ των ΗΠΑ .
Αυτή η απεικόνιση δείχνει τα τρία βήματα που οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν για να μετρήσουν το ρυθμό διαστολής του σύμπαντος (σταθερά του Χάμπλ) με μια άνευ προηγουμένου ακρίβεια, μειώνοντας τη συνολική αβεβαιότητα στο 2,3%. Οι μετρήσεις εξομαλύνουν και ενισχύουν την κατασκευή της κλίμακας κοσμικής απόστασης, η οποία χρησιμοποιείται για τη ακριβή μέτρηση αποστάσεων σε γαλαξίες που βρίσκονται κοντά και μακριά από τη Γη. Η τελευταία μελέτη του ΔΤ Χάμπλ επεκτείνει τον αριθμό μιας κατηγορίας μεταβλητών αστέρων με την ονομασία Κηφείδες, οι οποίοι έχουν μελετηθεί σε αποστάσεις μέχρι και 10 φορές μακριά από τον γαλαξία μας, σε σχέση με τα προηγούμενα αποτελέσματα του ΔΤ Χάμπλ.
Εικόνα: NASA, ESA, A. Feild (STScI) και A. Riess (STScI / JHU)
Η ομάδα του Riess, η οποία περιλαμβάνει τον Stefano Casertano, επίσης του STScI και του Johns Hopkins, έχει χρησιμοποιήσει το ΔΤ Χάμπλ τα τελευταία έξι χρόνια για να βελτιώσει τις μετρήσεις των αποστάσεων σε γαλαξίες, χρησιμοποιώντας τα αστέρια τους ως χιλιομετρικούς δείκτες αποστάσεων. Αυτές οι μετρήσεις χρησιμοποιούνται για να υπολογίσουν πόσο γρήγορα το σύμπαν διαστέλλεται με τη πάροδο του χρόνου, μια τιμή γνωστή ως ¨Σταθερά του Χάμπλ¨. Η νέα μελέτη της ομάδας επεκτείνει τον αριθμό των αστεριών που μελετήθηκαν σε αποστάσεις μέχρι και 10 φορές μακρύτερα από τη Γη στο διάστημα από τα προηγούμενα αποτελέσματα των δεδομένων του ΔΤ Χάμπλ.
Αλλά η εκτιμήσεις του Riess ενισχύουν την ανομοιογένεια με τις αναμενόμενες εκτιμήσεις που προέρχονται από παρατηρήσεις της διαστολής του πρώιμου σύμπαντος, 378.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη - το βίαιο γεγονός που δημιούργησε το Σύμπαν πριν από περίπου 13.7 δισεκατομμύρια χρόνια. Οι μετρήσεις αυτές έγιναν από τον διαστημικό τηλεσκόπιο Πλάνκ του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος, ο οποίος χαρτογραφεί τη Μικροκυματική Ακτινοβολία Υποβάθρου, ένα απομεινάρι της Μεγάλης έκρηξης. Η διαφορά μεταξύ των δύο αυτών εκτιμήσεων είναι περίπου 9%. Οι νέες μετρήσεις του ΔΤ Χάμπλ συμβάλλουν στη μείωση της πιθανότητας ότι η απόκλιση στις τιμές είναι συμπτωματική, με στατιστικό συντελεστή 1 στις 5.000.
Το αποτελέσματα των μετρήσεων του ΔΤ Πλάνκ προέβλεπαν ότι η τιμή της Σταθεράς του Χάμπλ Hubble θα έπρεπε τώρα να είναι 67 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά Μεγαπαρσέκ (3,3 εκατομμύρια έτη φωτός), και δεν θα μπορούσε να υπερβαίνει τα 69 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά Μεγαπαρσέκ. Αυτό σημαίνει ότι για κάθε 3,3 εκατομμύρια έτη φωτός μακρύτερα από τη Γη είναι κάποιος γαλαξίας, αυτός κινείται* με ταχύτητα 67 χιλιόμετρων ανά δευτερόλεπτο . Όμως η ομάδα του Riess μέτρησε μια τιμή 73 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο ανά Μεγαπαρσέκ, υποδεικνύοντας ότι οι γαλαξίες κινούνται με ταχύτερο ρυθμό από ότι αρχικά είχε προκύψει από παρατηρήσεις του πρώιμου σύμπαντος.
Τα δεδομένα του Hubble είναι τόσο ακριβή ώστε οι αστρονόμοι δεν μπορούν να απορρίψουν το χάσμα μεταξύ των δύο αποτελεσμάτων ως σφάλματα σε οποιαδήποτε μεμονωμένη μέτρηση ή μέθοδο. "Και τα δύο αποτελέσματα έχουν δοκιμαστεί με πολλούς τρόπους, έτσι ώστε να εμποδίσουμε μια σειρά από άσχετα λάθη", εξήγησε ο Riess, "είναι όλο και πιο πιθανό ότι αυτό δεν είναι σφάλμα, αλλά ένα χαρακτηριστικό του σύμπαντος".
Εξηγώντας μια...εκνευριστική ασυμφωνία.
Ο Riess περιέγραψε μερικές πιθανές εξηγήσεις για αυτή την αναντιστοιχία, όλες σχετικές με το 95% του Σύμπαντος που περιβάλλεται από... σκοτάδι. Μια πιθανότητα είναι ότι η σκοτεινή ενέργεια, που είναι ήδη γνωστό ότι επιταχύνει τον Σύμπαν, μπορεί να σπρώχνει τους γαλαξίες μακρυά τον ένα από τον άλλο με ακόμη μεγαλύτερη - ή αυξανόμενη - δύναμη. Αυτό σημαίνει ότι η ίδια η επιτάχυνση μπορεί να μην έχει σταθερή τιμή στο Σύμπαν, αλλά αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. Ο Riess μοιράστηκε ένα βραβείο Νόμπελ για την ανακάλυψη του επιταχυνόμενου σύμπαντος το 1998.
Μια άλλη αντίληψη είναι ότι το Σύμπαν περιέχει ένα νέο υποατομικό σωματίδιο που ταξιδεύει κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Τέτοια ταχέως κινούμενα σωματίδια ονομάζονται συλλογικά «σκοτεινή ακτινοβολία» και περιλαμβάνουν γνωστά στο παρελθόν σωματίδια όπως τα νετρίνα, τα οποία δημιουργούνται σε πυρηνικές αντιδράσεις και ραδιενεργές διασπάσεις. Σε αντίθεση με ένα φυσιολογικό νετρίνο, το οποίο αλληλεπιδρά με μια υποατομική δύναμη, αυτό το νέο σωματίδιο θα επηρεαστεί μόνο από τη βαρύτητα και αποκαλείται** "άγονο νετρίνο".
Ακόμη μια άλλη ελκυστική πιθανότητα είναι ότι η σκοτεινή ύλη (μια αόρατη μορφή ύλης που δεν αποτελείται από πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια) αλληλεπιδρά ισχυρότερα με την κανονική ύλη ή την ακτινοβολία από ότι είχε προηγουμένως υποτεθεί.
Οποιοδήποτε από αυτά τα σενάρια θα άλλαζε το περιεχόμενο της δομής του πρώιμου Σύμπαντος, οδηγώντας σε ασυνέπειες στα θεωρητικά μοντέλα. Αυτές οι ασυνέπειες θα οδηγούσαν σε λανθασμένη τιμή για τη Σταθερά του Χάμπλ, που συνάγεται από τις παρατηρήσεις του νεαρού Σύμπαντος. Αυτή η τιμή θα ήταν τότε σε αντίθεση με τον αριθμό που προέκυψε από τις παρατηρήσεις του ΔΤ Χάμπλ.
Ο Riess και οι συνεργάτες του δεν έχουν ακόμα απαντήσεις σε αυτό το ¨ενοχλητικό¨ πρόβλημα, αλλά θα συνεχίσουν να εργάζονται για την τελειοποίηση του ρυθμού διαστολής του σύμπαντος. Μέχρι στιγμής, η ομάδα του Riess, που ονομάζεται Supernova H0 for the Equation of State (SH0ES), μείωσε την αβεβαιότητα στο 2,3%. Πριν από την εκτόξευση του ΔΤ Χάμπλ το 1990, οι εκτιμήσεις της σταθεράς του Χάμπλ διέφεραν κατά ένα συντελεστή του δύο. Ένας από τους βασικούς στόχους του ΔΤ Χάμπλ ήταν να βοηθήσει τους αστρονόμους να μειώσουν την τιμή αυτής της αβεβαιότητας μέσα σε ένα περιθώριο λάθος μόλις 10%. Από το 2005, η ομάδα έχει επιδιώξει να βελτιώσει την ακρίβεια της σταθεράς του Χάμπλ με μια ακρίβεια που επιτρέπει την καλύτερη κατανόηση της συμπεριφοράς του σύμπαντος.
Δημιουργώντας μια κλίμακα απόστασης
Η ομάδα έχει επιτύχει να βελτιώσει την τιμή της Σταθεράς του Χάμπλ εξορθολογίζοντας και ενισχύοντας την κατασκευή της κλίμακας κοσμικών των αποστάσεων, την οποία χρησιμοποιούν οι αστρονόμοι για να μετρήσουν με ακρίβεια αποστάσεις σε γαλαξίες που βρίσκονται κοντά ή μακριά από τη Γη. Οι ερευνητές έχουν συγκρίνει αυτές τις αποστάσεις με την Διαστολή του χώρου όπως εκείνη μετράται από την παραμόρφωση (το τέντωμα αν προτιμάτε) του φωτός που φτάνει στα τηλεσκόπιά μας από τους γαλαξίες που απομακρύνονται από εμάς. Έπειτα, χρησιμοποιώντας την φαινόμενη προς τα εξωτερικά σημεία του Σύμπαντος ταχύτητα των γαλαξιών για κάθε απόσταση, υπολογίζουν τη Σταθερά του Χάμπλ.
Τα πρότυπα κηρία: Υπερκαινοφανείς τύπου Ια και μεταβλητοί Κηφείδες. Εικόνα: NASA/JPL-Caltech
Μεταξύ των πιο αξιόπιστων για κοντινές αποστάσεις είναι οι μεταβλητοί Κηφείδες , τα παλλόμενα αστέρια που η φωτεινότητά τους αυξομειώνεται περιοδικά με ρυθμούς που αντιστοιχούν στην ενδογενή τους φωτεινότητα. Οι αποστάσεις τους, επομένως, μπορούν να συναχθούν με τη σύγκριση της εγγενούς φωτεινότητας τους με την φαινόμενη τους φωτεινότητα όπως αυτή φαίνεται από τη Γη.
Εικόνες: NASA, ESA, Α. Riess (STScI / JHU)
Η αστρονόμος Ενριέττα Σ. Λίβιτ ήταν η πρώτη που αναγνώρισε τη χρησιμότητα των μεταβλητών Κηφείδων για τη μέτρηση των κοσμικών αποστάσεων το 1913. Αλλά το πρώτο βήμα είναι να μετρήσουμε τις αποστάσεις εως τους Κηφείδες ανεξάρτητα από τη φωτεινότητα τους, χρησιμοποιώντας ένα βασικό εργαλείο γεωμετρίας που ονομάζεται Παράλλαξη. Πρόκειται για την προφανή μετατόπιση της θέσης ενός αντικειμένου λόγω αλλαγής του σημείου θέασης του παρατηρητή. Αυτή η τεχνική εφευρέθηκε από τους αρχαίους Έλληνες που το χρησιμοποίησαν για να μετρήσουν την απόσταση από τη Γη έως τη Σελήνη.
Τα τελευταία δεδομένα του ΔΤ Χάμπλ βασίζονται σε μετρήσεις της παράλλαξης οκτώ πρόσφατα αναλυθέντων Κεφειδών στον Γαλαξία μας. Αυτά τα αστέρια είναι περίπου 10 φορές μακρύτερα από αυτά που μελετήθηκαν πριν, και βρίσκονται σε απόσταση που κυμαίνεται μεταξύ 6.000 και 12.000 έτη φωτός από τη Γη, καθιστώντας τα ως μία πρόκληση όσο αναφορά την μελέτη τους. Πάλλονται σε μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα , όπως και οι Κηφείδες που παρατηρούνται από το ΔΤ Χάμπλ σε μακρινούς γαλαξίες που περιέχουν ένα ακόμα αξιόπιστο κριτήριο μέτρησης (yardstick),. Πρόκειται για Υπερκαινοφανείς αστέρες (σουπερνόβα) Τύπου Ια. Αυτός ο τύπος Υπερκαινοφανούς λάμπει με μια ομοιόμορφη φωτεινότητα, και είναι αρκετά λαμπρός για να γίνεται ορατός από σχετικά μακρινές αποστάσεις. Προηγούμενες παρατηρήσεις του ΔΤ Χάμπλ μελέτησαν 10 Κηφείδες ταχείας αναλαμπής (αναβοσβήματος), οι οποίοι βρίσκονται 300 με 1.600 έτη φωτός από τη Γη.
Ερευνώντας τα Άστρα
Για να μετρήσουν την παράλλαξη με το ΔΤ Χάμπλ, η ομάδα έπρεπε να μετρήσει την φαινόμενη μικροσκοπική ταλάντωση των Κηφείδων λόγω της κίνησης της Γης γύρω από τον Ήλιο. Αυτές οι ταλαντεύσεις έχουν το μέγεθος μόλις 1/100 ενός μόνο εικονοστοιχείου (pixel) στη ψηφιακή φωτογραφική μηχανή του τηλεσκοπίου, το οποίο είναι περίπου το φαινόμενο μέγεθος ενός κόκκου άμμου που βρίσκεται 100 μίλια μακριά !
Ως εκ τούτου, για να εξασφαλιστεί η ακρίβεια των μετρήσεων, οι αστρονόμοι ανέπτυξαν μια έξυπνη μέθοδο που δεν προβλέφθηκε όταν ξεκίνησε την αποστολή του το ΔΤ Χάμπλ. Οι ερευνητές επινόησαν μια τεχνική σάρωσης στην οποία το τηλεσκόπιο μετρούσε τη θέση ενός αστεριού χίλιες φορές το λεπτό κάθε έξι μήνες για τέσσερα χρόνια.
Η ομάδα βαθμονόμησε (Καλιμπράρισε) την πραγματική φωτεινότητα σε οκτώ βραδέως παλλόμενων αστέρων, και τα συσχέτισαν με τους πιο μακρινούς... ξαδέλφους τους οι οποίοι παρουσίαζαν διακυμάνσεις (αναβοσβήματα) στην φωτεινότητά τους, έτσι ώστε να περιορίσουν τις ανακρίβειες στη κλίμακα απόστασης τους. Οι ερευνητές συνέκριναν τη φωτεινότητα των Κηφείδων και των Υπερκαινοφανών σε αυτούς τους γαλαξίες με μεγαλύτερη αυτοπεποίθηση, έτσι ώστε να μπορούν να μετρήσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια την πραγματική φωτεινότητα των αστεριών, και επομένως να υπολογίσουν με περισσότερη ακρίβεια τις αποστάσεις σε εκατοντάδες Υπερκαινοφανείς που σημειώνονται σε μακρινούς γαλαξίες.
Ένα άλλο πλεονέκτημα της μελέτης αυτής είναι ότι η ομάδα χρησιμοποίησε το ίδιο όργανο, την Ευρεία Κάμερα 3 του Χάμπλ (Hubble's Wide Field Camera 3), για να βαθμονομήσει τις φωτεινότητες τόσο των κοντινών Κηφείδων όσο και των άλλων γαλαξιών, εξαλείφοντας τα συστημικά σφάλματα που σχεδόν αναπόφευκτα εισάγονται, συγκρίνοντας αυτές τις μετρήσεις με δεδομένα μετρήσεων από διαφορετικά τηλεσκόπια.
"Συνήθως, εάν κάθε έξι μήνες προσπαθείτε να μετρήσετε τη μεταβολή της θέσης ενός αστεριού σε σχέση με ένα άλλο σε αυτές τις αποστάσεις, περιορίζεστε από την ικανότητά σας να καταλάβετε ακριβώς πού είναι το αστέρι", εξηγεί ο Casertano. Χρησιμοποιώντας τη νέα τεχνική, το ΔΤ Χάμπλ ταλαντεύεται, τρόπον τινά, αργά σε έναν αστρικό στόχο και καταγράφει την εικόνα ως μια δέσμη φωτός. "Αυτή η μέθοδος μας επιτρέπει να έχουμε επανειλημμένες ευκαιρίες για τη μέτρηση των πολύ μικρών μετατοπίσεων που οφείλονται στην παράλλαξη", πρόσθεσε ο Riess. "Μετράτε τον διαχωρισμό ανάμεσα σε δύο αστέρια, όχι μόνο σε μια θέση στη φωτογραφική μηχανή, αλλά πολλές, πολλές φορές, μειώνοντας τα λάθη στη μέτρηση".
Στόχος της ομάδας είναι να μειώσει περαιτέρω την αβεβαιότητα χρησιμοποιώντας δεδομένα από το ΔΤ Χάμπλ και το Διαστημικό παρατηρητήριο Γαία του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (European Space Agency's Gaia space observatory), το οποίο θα μετρήσει τις θέσεις και τις αποστάσεις των αστέρων με πρωτοφανή ακρίβεια. "Αυτή η ακρίβεια είναι αυτό που θα χρειαστεί για να διαγνώσουμε την αιτία αυτής της απόκλισης", δήλωσε ο Casertano.
Τα αποτελέσματα της ομάδας έγιναν δεκτά για δημοσίευση από τον ιστότοπο The Astrophysical Journal.
The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between NASA and ESA (European Space Agency). NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, manages the telescope. The Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore conducts Hubble science operations. STScI is operated for NASA by the , Inc., in Washington, D.C.
Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble είναι ένα πρόγραμμα διεθνούς συνεργασίας μεταξύ της NASA και της ESA (Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος). Το κέντρο διαστημικών πτήσεων Goddard της NASA στο Γκρήνμπελτ στο Μαίρυλαντ, διαχειρίζεται το τηλεσκόπιο. Το Επιστημονικό Ινστιτούτο Διαστημικού Τηλεσκοπίου (STScI) στη Βαλτιμόρη διεξάγει τις επιστημονικές επιχειρήσεις του ΔΤ Χάμπλ. Το STScI λειτουργεί για τη NASA από την Ένωση Πανεπιστημίων για την Έρευνα στην Αστρονομία (Association of Universities for Research in Astronomy), στην Ουάσιγκτον D.C. των ΗΠΑ
Τελευταία ενημέρωση: 22 Φεβρουαρίου 2018
Αρθρογράφους: Karl Hille
ΕΠΕΞΗΓΗΣΕΙΣ :
*Ολα κινούνται στο Σύμπαν σε σχέση με την Μικροκυματική Ακτινοβολία Υποβάθρου
**Σημείωση για την μη ύπαρξη του άγονου νετρίνου ΕΔΩ.
Κρίνουμε ότι το ιστολόγιό μας οφείλει να αναρτά έγκυρες αντίθετες απόψεις για του όρους που χρησιμοποιούνται σε κείμενα έστω και εάν είναι επικαιροποιημένα.
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.
Γιά την ομάδα : @Aratosastronomy