Πριν από είκοσι χρόνια, οι επιστήμονες συγκλονίστηκαν όταν συνειδητοποίησαν ότι το Σύμπαν μας όχι μόνο διαστέλλεται, αλλά ότι και οτι αυτό γίνεται όλο και πιο γρήγορα με την πάροδο του χρόνου.
Οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Σικάγο, UChicago όπως είναι η διεθνής του ονομασία, εκτιμούν ότι θα μπορούσαν να έχουν μια εξαιρετικά ακριβή μέτρηση του ρυθμού διαστολής του Σύμπαντος μέσα σε πέντε έως δέκα χρόνια με βάση τη αρχική ανίχνευση της πρώτης σύγκρουσης αστέρων νετρονίων από το συμβολόμετρο LIGO. Εικόνα: Robin Dienel/The Carnegie Institution for Science
Ο ακριβής προσδιορισμός του ρυθμού διαστολής του Σύμπαντος, ο οποίος ονομάζεται "Σταθερά του Hubble" από τον φημισμένο αστρονόμο και απόφοιτο του Πανεπιστημίου του Σικάγο Edwin Hubble, ήταν εκπληκτικά δύσκολη. Από τότε οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν δύο μεθόδους για τον υπολογισμό τον ρυθμό αυτό, και έτσι ήλθαν στο φως τόσο συγκλονιστικά όσο και διαφορετικά αποτελέσματα. Αλλά η περσινή εκπληκτική καταγραφή βαρυτικών κυμάτων τα οποία προέρχονταν από μια σύγκρουση αστέρων νετρονίων πρόσφερε έναν τρίτο τρόπο υπολογισμού της σταθεράς του Hubble.
Αυτό ήταν μόνο ένα σημείο από τα δεδομένων της σύγκρουσης αυτής, αλλά σε μια νέα εργασία (paper) που δημοσιεύθηκε στις 17 Οκτωβρίου στο περιοδικό Nature, τρεις επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο εκτιμούν ότι δεδομένου του πόσο γρήγορα οι ερευνητές είδαν την πρώτη σύγκρουση αστέρων νετρονίων, θα μπορούσαν να έχουν μια πολύ ακριβή μέτρηση για τη σταθερά του Hubble μέσα σε πέντε έως δέκα χρόνια.
"Η σταθερά του Hubble σας δηλώνει το μέγεθος και την ηλικία του Σύμπαντος. Ήταν το "Άγιο δισκοπότηρο" από τη γέννηση της κοσμολογίας. Υπολογίζοντας αυτό με βαρυτικά κύματα θα μπορούσαμε να έχουμε μια εντελώς νέα προοπτική για το Σύμπαν ", δήλωσε ο συγγραφέας της μελέτης Daniel Holz, καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο, ο οποίος συνυπέγραψε τον πρώτο αυτό υπολογισμό από την ανακάλυψη του το 2017. "Το ερώτημα είναι: Πότε θα αλλάξει το παιχνίδι για την κοσμολογία;"
Το 1929, ο Edwin Hubble ανακοίνωσε ότι με βάση τις παρατηρήσεις του για γαλαξίες οι οποίοι βρίσκονται πέρα από τον Γαλαξία μας. Οι γαλαξίες αυτοί φαινόταν να απομακρύνονται από εμάς-και όσο πιο μακριά ήταν ο γαλαξίας, τόσο πιο γρήγορα απομακρύνονταν. Αυτός είναι ο ακρογωνιαίος λίθος της θεωρίας της "Μεγάλης Έκρηξης" Big Bang όπως θα την συναντήσετε, και έτσι ξεκίνησε μια αναζήτηση σχεδόν για ένα αιώνα για τον ακριβή ρυθμό με τον οποίο συμβαίνει αυτό.
Για να υπολογιστεί ο ρυθμός με τον οποίο το Σύμπαν διαστέλλεται και ο άλλος είναι το πόσο γρήγορα ένα αντικείμενο απομακρύνεται από μας εξαιτίας της διαστολής, οι επιστήμονες χρειάζονται δύο αριθμούς. Ο πρώτος αριθμός ή η πρώτη ποσότητα μπορούμε να πούμε, είναι η απόσταση από ένα μακρινό αντικείμενο του Σύμπαντος, εάν το βλέπετε μέσα από ένα τηλεσκόπιο, και η δεύτερη ποσότητα είναι σχετικά εύκολο να προσδιοριστεί, επειδή το φως που βλέπετε όταν κοιτάτε ένα μακρινό άστρο μετατοπίζεται στο ερυθρό (ή ερυθρομετατοπίζεται) καθώς απομακρύνεται από εμάς. Οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν αυτό το "κόλπο" για να δουν πόσο γρήγορα κινείται ένα αντικείμενο για περισσότερο από έναν αιώνα - είναι σαν το φαινόμενο Doppler, στο οποίο μια σειρήνα αλλάζει ηχητικό τόνο καθώς περνάει ένα ασθενοφόρο από μπροστά μας.
Η κάμερα σκοτεινής ενέργειας έλαβε αυτές τις φωτογραφίες της φωτεινής λάμψης που προέκυψε από τον απόηχο της σύγκρουσης αστέρων νετρονίων, η οποία εξασθένησε τις επόμενες εβδομάδες. Ευγενική προσφορά της έρευνας Dark Energy
Σημαντικές ερωτήσεις στους υπολογισμούς
Αλλά για να υπάρξει ένα ακριβές μέτρο της απόστασης είναι πολύ πιο δύσκολο. Παραδοσιακά, οι αστροφυσικοί χρησιμοποιούν μια τεχνική που ονομάζεται "Απόσταση Κοσμικής Κλίμακας", στην οποία η φωτεινότητα ορισμένων μεταβλητών αστέρων και Υπερκαινοφανών μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή μιας σειράς συγκριτικών στοιχείων, τα οποία φτάνουν έως το συγκεκριμένο αντικείμενο. "Το πρόβλημα είναι ότι, αν ερευνήσετε περαιτέρω, θα δείτε οτι υπάρχουν πολλά βήματα με πολλές υποθέσεις κατά μήκος του δρόμου", δήλωσε ο Holz.
Ίσως οι Υπερκαινοφανείς (τύπου Ια ή Πρότυπα κηρία) που χρησιμοποιούνται ως δείκτες απόστασης δεν είναι τόσο συνεπείς όσο πιστεύονταν. Ίσως για άλλους να σκεφτόμαστε λανθασμένα για ορισμένους τύπους Υπερκαινοφανών, ή υπάρχει κάποιο άγνωστο σφάλμα στη μέτρηση των αποστάσεων σε κοντινά αστέρια. "Υπάρχει πολύ περίπλοκη αστροφυσική σε αυτό τον τομέα, η οποία θα μπορούσε να καταργήσει με διάφορους τρόπους τις μετρήσεις μας", δήλωσε και πάλι ο Holz.
Ο άλλος σημαντικός τρόπος για τον υπολογισμό της σταθεράς Hubble είναι να κοιτάξουμε τη Κοσμική Ακτινοβολία Υποβράθρου - ο παλμός του φωτός που δημιουργήθηκε στην αρχή του Σύμπαντος, και ο οποίος είναι ακόμα ελαφρώς ανιχνεύσιμος. Και είναι επίσης πολύ χρήσιμο, οτι αυτή η μέθοδος βασίζεται ακόμα σε υποθέσεις σχετικά με το πώς λειτουργεί το Σύμπαν.
Το εκπληκτικό είναι ότι αν και οι επιστήμονες κάνουν τους υπολογισμούς τους, και είναι σίγουροι για τα αποτελέσματά τους, εν τούτοις οι υπολογισμοί αυτοί δεν ταιριάζουν μεταξύ τους. Για παράδειγμα κάποιος λέει ότι το Σύμπαν επεκτείνεται σχεδόν κατά 10% ταχύτερα από έναν άλλο που έχει άλλη γνώμη. "Αυτό είναι ενα σημαντικό κοσμολογικό ερώτημα αυτή τη στιγμή", δήλωσε ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης, Hsin-Yu Chen, ο οποίος την εποχή εκείνη ήταν μεταπτυχιακός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο και τώρα συνεργάτης του προγράμματος Black Hole Initiative του πανεπιστημίου Χάρβαρντ.
Στη συνέχεια, οι ανιχνευτές LIGO έλαβαν την πρώτη τους ρυτίδωση στο υφαντό του χωροχρόνου από τη σύγκρουση δύο αστέρων νετρονίων το περασμένο έτος. Αυτό όχι μόνο συγκλόνισε τους παρατηρητές του φαινομένου, αλλά και το ίδιο το πεδίο ολόκληρης της Αστρονομίας: Το να νιώθεις τόσο το βαρυτικό κύμα όσο και να παρατηρείς τον απόηχο από το φως της σύγκρουσης αυτής με ένα τηλεσκόπιο, έδωσε σε εμάς τους επιστήμονες ένα ισχυρό νέο εργαλείο. "Ήταν ένα είδος μιας εκπληκτικής υπεραφθονίας," δήλωσε ο Holz.
Τα βαρυτικά κύματα προσφέρουν έναν εντελώς διαφορετικό τρόπο υπολογισμού της σταθεράς του Hubble. Όταν δύο ογκώδη αστέρια συντρίβονται το ένα πάνω στο άλλο, στέλνουν ρυτιδώσεις, κυματισμούς αν προτιμάτε, στον ιστό του χωροχρόνου, οι οποίες μπορούν να ανιχνευθούν στη Γη. Μετρώντας το σήμα αυτό, οι επιστήμονες μπορούν να έχουν μια υπογραφή της μάζας και της ενέργειας των συγκρουόμενων αστέρων. Όταν συγκρίνουν αυτή την υπογραφή αυτή με τη δύναμη των βαρυτικών κυμάτων, μπορούν να συμπεράνουν το πόσο μακριά είναι το σημείο αυτό.
"Η μέτρηση αυτή είναι καθαρότερη και έχει λιγότερες υποθέσεις για το Σύμπαν, γεγονός της δίνει μεγαλύτερη ακρίβεια", δήλωσε ο Holz. Μαζί με τον Scott Hughes στο MIT, ο Holz πρότεινε την ιδέα να γίνει η μέτρηση αυτή με βαρυτικά κύματα συνδυαζόμενη με μετρήσεις τηλεσκοπίων από το 2005. Το μόνο ερώτημα είναι πόσο συχνά οι επιστήμονες θα μπορούσαν να "συλλάβουν" τα γεγονότα αυτά, και πόσο καλά θα ήταν τα δεδομένα από αυτά τα γεγονότα.
" Όσο πάει γίνεται και πιο ενδιαφέρον"
Η εργασία (paper) προβλέπει ότι μόλις οι επιστήμονες ανιχνεύσουν 25 ενδείξεις από συγκρούσεις αστέρων νετρονίων, θα μετρήσουν τη διαστολή του Σύμπαντος με ακρίβεια 3%. Με 200 μετρήσεις, ο αριθμός αυτός περιορίζεται στο 1% !
"Ήταν μια μεγάλη έκπληξη για μένα όταν πήραμε τις προσομοιώσεις", είπε ο Chen. "Ήταν σαφές ότι θα μπορούσαμε να φτάσουμε στην ακρίβεια, και θα μπορούσαμε να φτάσουμε γρήγορα."
Ένας ακριβής, νέος αριθμός για τη σταθερά του Hubble θα ήταν συναρπαστικός ανεξάρτητα από την απάντηση, λένε οι επιστήμονες. Για παράδειγμα, ένας πιθανός λόγος για την αναντιστοιχία στις άλλες δύο μεθόδους είναι ότι η φύση της ίδιας της βαρύτητας μπορεί να έχει αλλάξει με την πάροδο του χρόνου. Η ένδειξη μπορεί επίσης να ρίξει φως στη σκοτεινή ενέργεια, μια μυστηριώδη δύναμη υπεύθυνη για την διαστολή του Σύμπαντος.
"Σταθήκαμε τυχεροί με τη σύγκρουση που είδαμε πέρυσι - ήταν κοντά μας, έτσι ήταν σχετικά εύκολη η ανίχνευση και η ανάλυσή της", δήλωσε η Maya Fishbach μεταπτυχιακή φοιτήτρια του Πανεπιστημίου του Σικάγο και συν-συγγραφέας στην εργασία. "Οι μελλοντικές ανιχνεύσεις θα είναι πολύ πιο μακριά, αλλά μόλις φτάσουμε στην επόμενη γενιά τηλεσκοπίων, θα πρέπει να είμαστε σε θέση να ανακαλύψουμε ισοδύναμα για αυτές τις μακρινές ανιχνεύσεις".
Τα συμβολόμετρα LIGO είναι προγραμματισμένα να ξεκινήσουν ενα νέο κύκλο παρατηρήσεων τον Φεβρουάριο του 2019, με τους Ιταλούς ομολόγους τους τα συμβολόμετρα VIRGO. Χάρη σε μια αναβάθμιση, οι ευαισθησίες των ανιχνευτών αυτών θα είναι πολύ υψηλότερες - επεκτείνοντας τον αριθμό και την απόσταση των αστρονομικών γεγονότων που μπορούν να παρατηρήσουν.
"Αναμένεται να γίνεται ακόμα ολοένα και πιο ενδιαφέρον από εδώ και πέρα", δήλωσε ο Holz.
Οι συντάκτες έκαναν υπολογισμούς στο Κέντρο Πληροφορικής του Πανεπιστημίου του Σικάγου.
Από τον LOUISE LERNER, ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΤΟΥ CHICAGO
--------------------*--------------------
Ενημερωθείτε για θέματα Αστρονομίας και Επιστήμης στις
ομάδες μας στο Facebook:
Πηγές υπάρχουν επίσης και στις παραπομπές του κειμένου
(οι λέξεις με τα κόκκινα 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
