Τετάρτη 26 Ιουνίου 2019

"Ρωγμές στον Σύμπαν;"

 Ένα άγνωστο αντικείμενο εντοπίστηκε στη Μαύρη Τρύπα του Γαλαξία μας...

"Μερικές φορές υπάρχουν πράγματα που δεν θα μπορέσουμε να δούμε ποτέ".

Καλλιτεχνική αναπαράσταση μιας κοσμικής χορδής. Εικόνα: picswe.net

...ίσως μια κοσμική χορδή, εντοπίστηκε στο κέντρο του Γαλαξία το 2016 η οποία θα μπορούσε να έχει βαθιές επιπτώσεις για την κατανόηση της βαρύτητας, του χωροχρόνου, καθώς και του ίδιου του Σύμπαντος. Οι κοσμικές χορδές, είναι ενεργειακά νημάτια μεγέθους γαλαξία, τα οποία μπορούν να υπάρχουν σε δέσμες μεταξύ τους κινούμενες μέσω του χωροχρόνου, σύμφωνα με ορισμένες θεωρίες. Κατά τη Μεγάλη Έκρηξη, το Σύμπαν μας εξερράγη οδηγώντας όλα όσα γνωρίζουμε από την ανυπαρξία στην ύπαρξη, Στη συνέχεια άρχισε να διαστέλλεται με φανταστικές ταχύτητες (πληθωρισμός), ψύχθηκε, ίσως "σπάζοντας" το υφαντό του σύμπαντος με τριχοειδή...κατάγματα.

Αν δούμε με μαθηματικό μάτι αυτές τις κοσμικές χορδές, θα διαπιστώσουμε οτι πρόκειται για αόρατα νήματα κλωστές αν θέλετε από καθαρή ενέργεια, λεπτότερες από ένα άτομο, αλλά με μήκος πολλών ετών φωτός. Η τεράστια ποσότητα ενέργειας που περιέχουν τις κάνει να είναι εξαιρετικά βαριά αντικείμενα - μερικά εκατοστά θα μπορούσαν να ζυγίζουν όσο το όρος Έβερεστ.

Ωστόσο, οι χορδές μπορεί να έχουν σχηματιστεί με πολύ χαμηλή ενέργεια για να εκπέμπουν οποιαδήποτε σήματα "ανιχνεύσιμα στο εγγύς μέλλον", ή, υπάρχει το ενδεχόμενο οι αρχαίες κοσμικές χορδές να ακτινοβολούσαν την ενέργεια τους αποβάλλοντας την στο διάστημα, και έτσι να εξασθένισαν πολύ γρήγορα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη αφήνοντας μια μόνιμη εντύπωση, αναφέρει ο Cathal O'Connell στον ιστότοπο Cosmos.

"Το γεγονός ότι οι χορδές προκύπτουν διαρκώς με κάνουν να είμαι βέβαιος ότι υπάρχουν", δηλώνει ο Thibault Damour, θεωρητικός φυσικός στο Ινστιτούτο Προηγμένων Επιστημονικών Μελετών κοντά στο Παρίσι, ο οποίος επικεντρώνεται κυρίως στη φυσική των μελανών οπών και της κοσμολογίας της θεωρίας των χορδών.

Ωστόσο, γράφει O'Connell, ως "χρονοκάψουλες" του πρώιμου σύμπαντος, αυτά τα εξαιρετικά λεπτά, διαγαλαξιακά νημάτια θα πρέπει να διατηρούν φανταστικές ενέργειες - περισσότερο από ένα δισεκατομμύριο φορές μεγαλύτερες από εκείνες που απελευθερώνονται από τη διάλυση σωματιδίων στο Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (Large Hadron Collider ή LHC), δηλώνει ο Ken Olum, φυσικός στο πανεπιστήμιο Tufts. "Δεν μπορείτε να δημιουργήσετε ένα επιταχυντή για να δοκιμάσετε τη φυσική σε αυτή την κλίμακα".

Η έρευνα του Olum είναι η μελέτη των κοσμικών χορδών, ιδιαίτερα των παρατηρούμενων επιπτώσεων, όπως τα βαρυτικά κύματα, τα οποία θα μας επιτρέψουν να ανιχνεύσουμε το δίκτυο κοσμικών χορδών, αν φυσικά υπάρχει. Οι κοσμικές χορδές είναι μία από τις πιθανές πηγές ενός στοχαστικού υποβάθρου βαρυτικών κυμάτων, τα οποία μπορούν να ανιχνευθούν από συστοιχίες χρονισμού pulsar (pulsar timing arrays) ή παρατηρητήρια όπως το LIGO. Με τους συνεργάτες του έχει αναπτύξει μια προσομοίωση κοσμικών χορδών μεγάλης κλίμακας.

Για ορισμένους φυσικούς, όπως ο Peter Woit του Πανεπιστημίου της Κολούμπια, μια θεωρία που δεν μπορεί να δοκιμαστεί δεν είναι απαραίτητα και λανθασμένη, παρατηρώντας κοσμικές χορδές στην ίδια κατηγορία με τη" θεωρία χορδών "στο άλλο άκρο της κλίμακας μεγέθους. Η θεωρία των χορδών επικαλείται τις δονητικές χορδές, οι οποίες είναι μικρότερες από οποιοδήποτε υποατομικό σωματίδιο ως τα δομικά στοιχεία του σύμπαντος.

Για τον Matthew Bailes, ένα αστροφυσικό στο Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας του Swinburne στη Μελβούρνη, οι κοσμικές χορδές είναι μια "μαθηματική περιέργεια" ή χειρότερα, "μια εξωτική φαντασίωση". Οι κοσμικές χορδές βρίσκονται στο "ράφι" μαζί με άλλες κομψές ιδέες που θα μπορούσαν να ολοκληρώσουν την κατανόησή μας για το σύμπαν, που όμως στερούνται εμπειρικής υποστήριξης. "Αυτή είναι η ομορφιά και ο κίνδυνος της φυσικής", δηλώνει ο Damour. "Μερικές φορές υπάρχουν πράγματα που δεν θα μπορέσουμε να δούμε ποτέ".

Η πιθανότητα ότι η ανακάλυψη ενός αντικειμένου που μοιάζει με...φίδι, και το οποίο κρύβεται στο χαοτικό κέντρο του Γαλαξία κοντά στην υπερμεγέθη μαύρη τρύπα του (Τοξότης Α*),  θα μπορούσε να είναι μια κοσμική χορδή δίνοντας τις πρώτες ενδείξεις για μια πολύ υποθετική θεωρία με βαθιές επιπτώσεις στην κατανόηση της βαρύτητας, του χωροχρόνου, καθώς και του ίδιου του Σύμπαντος.

Οι κοσμικές χορδές είναι θεωρητικοί μονοδιάστατοι βρόχοι, οι οποίοι πιστεύεται ότι έχουν σχηματιστεί όταν περιοχές του χωροχρόνου με διαφορετικές ιδιότητες έρχονταν σε επαφή μεταξύ τους στα πολύ πρώιμα στάδια του σύμπαντος. Θεωρείται ότι είναι τόσο λεπτές όσο ένα πρωτόνιο, αλλά με εξαιρετικά υψηλή πυκνότητα. Ως εκ τούτου έχουν πολύ μεγάλες βαρυτικές δυνάμεις και μπορούν να δράσουν ως κυλινδρικοί βαρυτικοί φακοί, παράγοντας τις διπλές εικόνες των γαλαξιών που παρατηρούνται. Ίσως είναι δυνατόν να ανακαλύψουμε κοσμικές χορδές αναζητώντας ζεύγη πανομοιότυπων γαλαξιών.

Ο θεωρητικός φυσικός του Βρετανικού τομέα Tom Kibble, ο οποίος πέθανε τον Ιούνιο του 2016, δημιούργησε την ιδέα των κοσμικών χορδών το 1976. Στοχάζονταν, γράφει ο O Connell, "για το πρώτο δευτερόλεπτο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη όταν το Σύμπαν υπέστη ταχεία διαστολή, ενώ στη συνέχεια ψύχθηκε ραγδαία. Αυτό, όπως πρότεινε, προκάλεσε μια αλλαγή φάσης στα κβαντικά πεδία, όπως το νερό όταν παγώνει μετατρέπεται σε πάγο". Ο Kibble έκρινε ότι οι αλλαγές της κβαντικής φάσης στο πρώιμο σύμπαν θα είχαν προκαλέσει την ευθυγράμμιση των πεδίων σε διαφορετικούς προσανατολισμούς, προκαλώντας και πάλι ρωγμές - δηλαδή κοσμικές χορδές.

Ο Kibble προέβλεψε την ύπαρξη ενός θεμελιώδους σωματιδίου το οποίο προσδίδει μάζα στα πάντα, και που τώρα είναι πλέον γνωστό ως το μποζόνιο (ή σωματίδιο ) Higgs - μια ανακάλυψη με την οποία το 2013 ο Πίτερ Χιγκς και ο Φρανσουά Ανγκλέρ (François Englert) βραβεύτηκαν με το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής για την εργασία τους και την πρόβλεψή τους.

Ο Kibble πέρασε μεγάλο μέρος της μεταγενέστερης σταδιοδρομίας του, ερευνώντας το πως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, το Σύμπαν ψύχθηκε περνώντας διαδοχικές μεταβάσεις φάσης (όταν ένα μέσον αλλάζει μορφή, όπως η κατάψυξη ενός υγρού το μετατρέπει σε στερεό). Το πιο σημαντικό, αναφέρουν οι The New York Times, είναι οτι προέβλεψε ότι οι Τοπολογικές ατέλειες (topological defects) θα εμφανιστούν στο Σύμπαν σε κάθε μετάβαση φάσης, παρόμοιες με τις ρωγμές που σχηματίζονται όταν το νερό παγώνει.

Οι κοσμικές χορδές, ωστόσο, ήταν ιδιαίτερα προβληματικές για να τεθούν υπό δοκιμή. Θα εμφανίζονταν μόνο στις άκρες των τεράστιων περιοχών περίπου τόσο μεγάλες όσο το παρατηρούμενο σύμπαν. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο, στο αρχικό του σχέδιο το 1976, ο Kibble έγραψε ότι "η  απευθείας αναζήτηση κοσμικών χορδών θα ήταν άσκοπη".

Ανακαλύφθηκε ποτέ μια κοσμική χορδή;

Πάμε λίγο γρήγορα πίσω στο 2016: Ο Farhad Yusef-Zadeh του Πανεπιστημίου Northwestern ανέφερε την ανακάλυψη ενός ασυνήθιστου νήματος κοντά στο κέντρο του Γαλαξία, χρησιμοποιώντας την Πολύ Μεγάλη Συστοιχία Karl G. Jansky (VLA) του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών (National Science Foundation ή NSF). Το νήμα έχει μήκος περίπου 2,3 έτη φωτός, και καμπυλώνεται σημαδεύοντας την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο του Γαλαξία, και η οποία ονομάζεται Τοξότης A * (Sgr A *).

Μια άλλη ομάδα αστρονόμων χρησιμοποίησε μια πρωτοποριακή τεχνική για να δημιουργήσει την υψηλότερης ποιότητας εικόνα που έγινε ποτέ για αυτό το καμπύλο αντικείμενο. "Με τη βελτιωμένη εικόνα μας, μπορούμε τώρα να ακολουθήσουμε αυτό το νήμα πολύ πιο κοντά στην κεντρική μαύρη τρύπα του Γαλαξία, μιας και είναι τώρα είναι αρκετά κοντά έτσι ώστε να μας υποδείξει ότι πρέπει να προέρχεται από εκεί", δήλωσε ο Mark Morris του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Λος Άντζελες, ο οποίος ήταν επικεφαλής της μελέτης και χρησιμοποίησε παρατηρήσεις με ραδιοτηλεσκόπια, με υπέρυθρες ακτίνες, και με ακτίνες Χ για να μελετήσει το Γαλαξιακό Κέντρο "Ωστόσο, έχουμε ακόμα περισσότερη δουλειά να κάνουμε, για να μάθουμε ποια είναι η πραγματική φύση του νήματος αυτού".


Οι τρεις κύριες εξηγήσεις της ομάδας για το νήμα

Η πρώτη είναι ότι προκαλείται από σωματίδια υψηλής ταχύτητας τα οποία αποβάλλονται από την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα. Μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα σε συνδυασμό με το αέριο που κινείται σπειροειδώς προς το εσωτερικό, μπορεί να δημιουργήσει έναν περιστρεφόμενο, κατακόρυφο πύργο μαγνητικού πεδίου ο οποίος προσεγγίζει ή ακόμα και τυλίγεται σαν κλωστή στον ορίζοντα γεγονότων, το σημείο μη επιστροφής για την προσπίπτουσα σε μια μαύρη τρύπα ύλη. Μέσα σε αυτόν τον πύργο, τα σωματίδια θα επιταχύνουν παράγοντας εκπομπή ραδιοσυχνοτήτων καθώς κινούνται σπειροειδώς γύρω από γραμμές μαγνητικού πεδίου, ρέοντας μακριά από τη μαύρη τρύπα.

Η δεύτερη, και πιο φανταστική, πιθανότητα είναι ότι το νήμα είναι μια κοσμική χορδή, θεωρητικά αντικείμενα τα οποία δεν έχουν ακόμη εντοπιστεί, έχουν πολύ μεγάλο μήκος, είναι εξαιρετικά λεπτά, έχουν μάζα και φέρουν ηλεκτρικά ρεύματα. Προηγούμενα, οι θεωρητικοί είχαν προβλέψει ότι οι κοσμικές χορδές, αν υπάρχουν, θα μεταναστεύουν στα κέντρα των γαλαξιών. Εάν μια κοσμική χορδή κινείται αρκετά κοντά στην κεντρική μαύρη τρύπα, μπορεί να "συλληφθεί" μόλις ένα τμήμα της χορδής αυτής  διασχίσει τον ορίζοντα γεγονότων.

Η τελική επιλογή είναι ότι η θέση και η κατεύθυνση του νήματος που ευθυγραμμίζεται με τη μαύρη τρύπα είναι απλά τυχαίες υπερθέσεις, και δεν υπάρχει πραγματική σχέση μεταξύ των δύο. Αυτό θα σήμαινε ότι υπάρχουν δεκάδες άλλα γνωστά νημάτια τα οποία βρίσκονται πιο μακριά από το κέντρο του Γαλαξία. Ωστόσο, μια τέτοια σύμπτωση είναι απίθανο να συμβεί τυχαία.

Κάθε ένα από τα σενάρια αυτά τα οποία ερευνώνται, θα δώσει στους επιστήμονες ενδιαφέρουσες γνώσεις εάν αποδειχτεί αληθές. Για παράδειγμα, αν το νήμα προκαλείται από σωματίδια που εκτοξεύονται από τον Τοξότη Α* (Sgr A *), θα αποκάλυπτε σημαντικές πληροφορίες για το μαγνητικό πεδίο σε αυτό το ειδικό περιβάλλον, δείχνοντας ότι είναι ομαλό και συντεταγμένο παρά χαοτικό.

Στη δεύτερη επιλογή, η κοσμική χορδή, θα παρείχε την πρώτη απόδειξη για μια πολύ υποθετική θεωρία με βαθιές επιπτώσεις στην κατανόηση της βαρύτητας, του χωροχρόνου, καθώς και του ίδιου του Σύμπαντος.

Αποδεικτικά στοιχεία για την ιδέα ότι τα σωματίδια εκδιώχθηκαν με κάποιο μαγικό τρόπο από τη μαύρη τρύπα θα προέρχονταν από την παρατήρηση ότι τα σωματίδια τα οποία βρίσκονται μακριά από τον Τοξότη Α* είναι λιγότερο ενεργητικά από αυτά που βρίσκονται κοντά του. Μια δοκιμή για την ιδέα των κοσμικών χορδών θα αξιοποιήσει την πρόβλεψη από τους θεωρητικούς ότι η χορδή πρέπει να κινηθεί σε ένα μεγάλο κλάσμα της ταχύτητας του φωτός. Οι συνεχείς παρατηρήσεις με το VLA θα πρέπει να είναι σε θέση να ανιχνεύσουν την αντίστοιχη μετατόπιση της θέσης του νήματος.

Ακόμη και αν το νήμα δεν συνδέεται φυσικά με το Τοξότη Α*, η κάμψη στο σχήμα αυτού του νήματος εξακολουθεί να είναι ασυνήθιστη. Η κάμψη (ή η καμπυλότητα) συμπίπτει και μπορεί να προκληθεί από ένα κρουστικό κύμα παρόμοιο με μια ηχητική έκρηξη (όπως όταν σπάει το φράγμα του ήχου αγγ.sonic boom), όπου το κύμα εκρήξεων από ένα αστέρι που έχει εκραγεί συγκρούεται με τους ισχυρούς αστρικούς ανέμους οι οποίοι πνέουν μακριά από τα τεράστια αστέρια που περιβάλλουν την κεντρική μαύρη τρύπα.

"Θα συνεχίσουμε να εξερευνούμε μέχρι να έχουμε μια σωστή εξήγηση γι 'αυτό το αντικείμενο", δήλωσε ο συν-συγγραφέας Miller Goss, από το Παρατηρητήριο Εθνικής Ραδιοαστρονομίας στο Socorro του Νέου Μεξικού. "Και στοχεύουμε στην επόμενη παραγωγή ακόμα καλύτερων, και πιο αποκαλυπτικών εικόνων".

Με την αυγή της εποχής της αστρονομίας βαρυτικών κυμάτων μπορούμε τελικά να είμαστε σε θέση να δοκιμάσουμε την ύπαρξη κοσμικών χορδών. Οι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων, όπως των συμβολομέτρων LIGO και Virgo, θα μπορούσαν να ακούσουν τους υψίσυχνους παλμούς και τους κρότους που δημιουργούνται, καθώς οι κοσμικές χορδές "μαστιγώνουν" το διάστημα. Τον Σεπτέμβριο του 2015 το παρατηρητήριο βαρυτικών κυμάτων LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory ή LIGO), ανίχνευσε βαρυτικά κύματα τα οποία αντηχούν από τις συγκρουόμενες μαύρες τρύπες, προσθέτοντας μια νέα διάσταση στην ικανότητα των αστρονόμων να "σαρώσουν" το Σύμπαν. "Μετά την ανακάλυψη του LIGO," λέει ο Damour, "σκέφτηκα αμέσως," Μάλιστα ! Τώρα, θα ήταν πολύ καλή περίπτωση αν εντοπίζονταν και κοσμικές χορδές. "

"Αυτό που συμβαίνει μοιάζει με μαστίγιο", εξηγεί ο Damour, ο οποίος επεξεργάστηκε την ιδέα με τον Vilenkin το 2000. Ένας κοσμικός βρόχος από κοσμικές χορδές λικνίζεται και αναπηδά, μερικά μέρη του θα δονούνται κινούμενα μέχρι την ταχύτητα του φωτός - επίσης θα εκπέμπουν μια έκρηξη βαρυτικών κυμάτων. Οι δύο φυσικοί, σύμφωνα με τον Cathal O'Connell, υπολόγισαν ότι μια τέτοια έκρηξη μπορεί να ανιχνευθεί από το LIGO, αλλά η δυσκολία στην ανίχνευση της ρωγμής αυτής είναι ότι θα εκπέμπεται μόνο προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, όπως η δέσμη ενός φακού. Το LIGO θα έπρεπε να βρίσκεται ακριβώς στη διαδρομή της ακτίνας.

Το επόμενο επίπεδο στην αναζήτηση κοσμικών χορδών και ίσως η μόνη ελπίδα για μια οριστική απάντηση θα έρθει με το πρόγραμμα Laser Antenna Space Intertenometer (LISA), έναν ανιχνευτή βαρυτικών κυμάτων τοποθετημένο στο διάστημα ο οποίος θα εκτοξευτεί το 2034, και ο οποίος θα κάνει ακρόαση στη ζώνη συχνοτήτων μεταξύ των υψίσυχνων παλμών οι οποίοι συλλαμβάνονται από το LIGO και των υποηχητικών ψιθύρων (ub-bass murmurs) στα οποία προσαρμόζονται οι συστοιχίες χρονισμού pulsar (pulsar timing arrays)

The Daily Galaxy via Harvard CfA and Cosmos 

……………….*………………..

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



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