Αν και έχουν περάσει περισσότερα από 200 χρόνια από τότε που ξεκίνησε επίσημα η αστροφυσική, αυτό που ξέρουμε είναι απλώς μια σταγόνα από τον απέραντο ωκεανό της γνώσης ο οποίος βρίσκεται ανεξερεύνητος μπροστά μας. Μία από τις ομορφότερες πτυχές της επιστήμης είναι ότι οι ανακαλύψεις μας οδηγούν σε νέα μυστήρια και σε μια βαθύτερη κατανόηση του σύμπαντος. Σε αυτό το άρθρο, έχω συντάξει μια λίστα με τα 10 άλυτα προβλήματα στην αστροφυσική που είναι πολύ ενδιαφέροντα.
Ανεπίλυτα προβλήματα στην Αστροφυσική
10. Το αστέρι της Tabby
Το αστέρι της Tabby, επίσημα γνωστό ως KIC 8462852, είναι ένα αστέρι της κύριας ακολουθίας φασματικού τύπου F στον αστερισμό του Κύκνου. Αυτό που έφερε το αστέρι της Tabby στο προσκήνιο είναι η ανώμαλη μείωση της φωτεινότητάς του. Ένα από τα γραφήματα που δείχνει τη μέγιστη εξασθένιση περίπου 22% δίνεται παρακάτω.
28 Φεβρουαρίου 2013 - ημέρα 1519
22% μέγιστη βύθιση (ΔΤ Kepler)
Έχουν προταθεί αρκετές υποθέσεις για να εξηγήσουν αυτές τις διακυμάνσεις. Ο πρώτος λέει ότι ένας άνισος δακτύλιος σκόνης περιβάλλει το αστέρι. Σύμφωνα με τη NASA, οι ερευνητές βρήκαν λιγότερη μείωση στο υπέρυθρο φως του αστεριού απ' ότι στο υπεριώδες φως. Οποιοδήποτε αντικείμενο μεγαλύτερο από σωματίδια σκόνης θα εξασθενίσει εξίσου όλα τα μήκη κύματος του φωτός όταν περνά μπροστά από το αστέρι της Tabby. Η δεύτερη υπόθεση λέει ότι το αστέρι της Tabby περιβάλλεται από ένα νέφος αποσυντιθέμενων κομητών οι οποίοι περιφέρονται σε ελλειπτική τροχιά γύρω του. Το γεγονός ότι ένα νέφος ενός κομήτη μπορεί να προκαλέσει εξασθένιση έως και 22% έχει προκαλέσει αμφιβολίες σε αυτήν τη θεωρία.
Καλλιτεχνική άποψη για τη θεωρία της σκόνης κομητών γύρω από το αστέρι της Tabby
Μια άλλη ενδιαφέρουσα υπόθεση λέει ότι η εξασθένηση μπορεί να είναι αποτέλεσμα μιας εξωγήινης μεγάλης δομής. Αυτή η εξωγήινη υποδομή θα μπορούσε να είναι μια Σφαίρα Ντάισον, η οποία πιθανόν χτίστηκε από εξωγήινους πολιτισμούς για να ανακόψει το φως του αστεριού τους για τις ενεργειακές τους ανάγκες. Ωστόσο, η πιθανότητα εξωγήινης νοημοσύνης να είναι η αιτία της εξασθένισης αυτής είναι πολύ μικρή.
9. Προέλευση του μαγνητικού μαγνητικού πεδίου ενός Μάγναστρου
Τα Μάγναστρα είναι αστέρια νετρονίων με τεράστιο μαγνητικό πεδίο. Το μαγνητικό πεδίο ενός τυπικού μάγναστρου κυμαίνεται μεταξύ 1-100 δισεκατομμυρίων Τέσλα. Για να έχουμε μια σαφή εικόνα του πράγματος, το μέγιστο μαγνητικό πεδίο που μπορεί να δημιουργηθεί υπό ειδικές εργαστηριακές συνθήκες είναι μόνο μερικές εκατοντάδες Τέσλα. Όπως και τα αστέρια νετρονίων, τα αστέρια αυτά έχουν πλάτος περίπου 20 χιλιόμετρα και μάζα 2-3 φορές μεγαλύτερη από αυτήν του Ήλιου. Αυτό σημαίνει ότι είναι αρκετά πυκνά. Μια κουταλιά της σούπας υλικό από αυτά τα αντικείμενα ζυγίζει 100 εκατομμύρια τόνους.
Καλλιτεχνική άποψη ενός Μάγναστρου. (mage: © ESO / L. Calçada)
Η προέλευση ενός τόσο ισχυρού μαγνητικού πεδίου υποτίθεται ότι είναι μια μαγνητοϋδροδυναμική διεργασία στο τυρβώδες, και εξαιρετικά πυκνό αγώγιμο ρευστό που υπάρχει πριν το αστέρι νετρονίων καταλήξει στη θέση ισορροπίας του. Το μαγνητικό πεδίο ενός Μάγναστρου θα ήταν θανατηφόρο ακόμη και σε απόσταση 1000 χιλιομέτρων, λόγω του ισχυρού μαγνητικού πεδίου που παραμορφώνει τα νέφη ηλεκτρονίων των ατόμων συστατικών του υποκειμένου, καθιστώντας αδύνατη τη χημεία της ζωής. Ένα Μάγναστρο θα μπορούσε να απομακρύνει πληροφορίες από τις μαγνητικές ρίγες όλων των πιστωτικών καρτών στη Γη σε απόσταση της μισής μέσης απόστασης από τη Γη έως τη Σελήνη. Από το 2010, είναι τα πιο ισχυρά μαγνητικά αντικείμενα που ανιχνεύονται σε ολόκληρο το Σύμπαν.
8. Ταχείες Εκρήξεις Ραδιοκυμάτων
Οι Ταχείες Εκρήξεις Ραδιοκυμάτων (fast radio burst ή FRB) -ή εκλάμψεις-, είναι ανεπίλυτες (σημειακές πηγές), ευρυζωνικές (που καλύπτουν ένα μεγάλο εύρος ραδιοσυχνοτήτων), αναβοσβήνουν χιλιοστά του δευτερολέπτου σε διάφορα μέρη του ουρανού. Το φυσικό φαινόμενο που προκαλεί αυτές τις εκρήξεις εξακολουθεί να είναι ένα μυστήριο. Πιθανές πηγές FRBs είναι αστέρια νετρονίων, μαύρες τρύπες ή εξωγήινη νοημοσύνη.
Καλλιτεχνική άποψη ενός FRB
Αν και η ακριβής προέλευση και η αιτία είναι αβέβαιες, οι περισσότερες πιστεύεται ότι είναι εξωγαλαξιακές. Ο πρώτος FRB γαλαξίας εντοπίστηκε τον Απρίλιο του 2020. Περίπου έξι μήνες αργότερα, μετά από προσεκτική ανάλυση, οι επιστήμονες επιβεβαίωσαν ότι η πηγή αυτού του FRB ήταν ενα Μάγναστρο. Το φαινόμενο που προκαλεί αυτές τις αναλαμπές εξακολουθεί να είναι ένα από τα πιο ενδιαφέροντα άλυτα προβλήματα στην αστροφυσική.
7. Κοσμικές ακτίνες εξαιρετικά υψηλής ενέργειας
Οι κοσμικές ακτίνες εξαιρετικά υψηλής ενέργειας (Ultra-High Energy Cosmic Rays-UHECR) είναι οι κοσμικές ακτίνες με αδιανόητα υψηλή ενέργεια: μεγαλύτερη από exa Ηλεκτρονιοβόλτ (10 ^ 18 eV). Το σωματίδιο Oh My God (Oh My God particle) από το πείραμα Fly's Eye του Πανεπιστημίου της Γιούτα το απόγευμα της 15ης Οκτωβρίου 1991 στο Dugway Proving Ground της Γιούτα, ήταν ένα σοκ για τους αστροφυσικούς.
Εκτίμησαν την ενέργειά του την οποία βρήκαν να είναι περίπου 3,2 × 10 ^ 20 eV (50 J) - με άλλα λόγια, ένας ατομικός πυρήνας με κινητική ενέργεια ίση με εκείνη ενός γηπέδου μπέιζμπολ (5 ουγγιές ή 142 γραμμάρια) που ταξιδεύει περίπου 100 χιλιόμετρα την ώρα (60 mph). Η προέλευση τέτοιων σωματιδίων εξακολουθεί να αποτελεί υπόθεση. Είναι ένα από τα μεγάλα άλυτα προβλήματα στην αστροφυσική.
6. Ο Ηλιακός Κύκλος
Ο ηλιακός κύκλος είναι ένας επαναλαμβανόμενος κύκλος ηλιακών διακυμάνσεων ο οποίος έχει περίοδο 11 ετών. Κάθε 11 χρόνια, το μαγνητικό πεδίο του Ήλιου αντιστρέφεται εντελώς. Αυτό σημαίνει ότι οι βόρειοι και οι νότιοι πόλοι του Ήλιου αλλάζουν θέσεις. Η ηλιακή δραστηριότητα επηρεάζεται επίσης από αυτόν τον κύκλο. Η αρχή του ηλιακού κύκλου είναι το ηλιακό ελάχιστο, με ελάχιστες ηλιακές κηλίδες. Στη συνέχεια, στη μέση του κύκλου, η ηλιακή δραστηριότητα φτάνει στο μέγιστο (ηλιακό μέγιστο), και ο αριθμός των ηλιακών κηλίδων αυξάνεται επίσης.
Εικόνες του Ήλιου κατά τη διάρκεια ενός ηλιακού κύκλου. Η μέγιστη ηλιακή ενέργεια σημειώθηκε το 2001, ενώ το 1996 και το 2006 ήταν κοντά στο ηλιακό ελάχιστο. Εικόνα: NASA
Οι γιγαντιαίες εκρήξεις στον Ήλιο, όπως οι ηλιακές εκλάμψεις και οι Στεμματικές εκπομπές μάζας, αυξάνονται επίσης κατά τη διάρκεια του ηλιακού κύκλου. Αυτές οι εκρήξεις στέλνουν ισχυρά ξεσπάσματα ενέργειας και ύλης στο διάστημα. Η κατανόηση του ηλιακού κύκλου εξακολουθεί να αποτελεί μεγάλο μυστήριο για τους επιστήμονες.
5. Το μυστήριο του στέμματος
Ένα άλλο άλυτο πρόβλημα στην ηλιακή φυσική είναι το μυστήριο του (Ηλιακού) στέμματος. Το στέμμα είναι το πιο απομακρυσμένο μέρος της ηλιακής ατμόσφαιρας. Μπορεί να φανεί κατά τη διάρκεια μιας ολικής ηλιακής έκλειψης. Το πρόβλημα είναι ότι το ηλιακό στέμμα έχει θερμοκρασία περίπου ένα εκατομμύριο βαθμούς Κelvin, ενώ η επιφάνεια του Ήλιου, η φωτόσφαιρα, είναι περίπου 5.900 Κ.
Η ολική έκλειψη Ηλίου στις 8 Μαρτίου 2016 όπου φαίνεται καθαρά το ηλιακό στέμμα.
4. Το πρόβλημα του Λιθίου
Το πρόβλημα του Λιθίου είναι ένα αστροφυσικό πρόβλημα σχετικά με την αφθονία του ισότοπου Li-7. Λεπτά μετά τη Μεγάλη έκρηξη, τα πρώτα στοιχεία που σχηματίστηκαν ήταν Υδρογόνο, Ήλιο, Λίθιο και ίχνη άλλων στοιχείων. Η παρατηρούμενη σύνθεση του σύμπαντος είναι σύμφωνη με το μοντέλο της Μεγάλης έκρηξης για το Υδρογόνο και το Ήλιο. Ωστόσο, υπάρχει μια ασυμφωνία όσον αφορά το Λίθιο. Τα πιο ευρέως αποδεκτά μοντέλα της Μεγάλης έκρηξης υποδηλώνουν ότι πρέπει να υπάρχει τριπλάσιο πρωταρχικό Λίθιο.
Έχουν προταθεί αρκετές υποθέσεις για την επίλυση του προβλήματος με το χαμένο Λίθιο. Μπορεί να υπάρχει ανάγκη για ένα πιο ακριβή προσδιορισμό της αφθονίας του Λιθίου στο σύμπαν. Η αστροφυσική λύση λέει ότι υπάρχει σφάλμα υπολογισμού. Ένας άλλος πιθανός τρόπος για να βρεθεί το υπόλοιπο Λίθιο είναι να γίνουν διορθώσεις στην πυρηνική φυσική. Λανθασμένες ή ελλείπουσες αντιδράσεις θα μπορούσαν να εγείρουν το πρόβλημα του Λιθίου.
3. Η Ακτινοβολία Hawking
Η ακτινοβολία Hawking είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία η οποία προβλέπεται ότι απελευθερώνεται από μαύρες τρύπες λόγω κβαντικών γεγονότων κοντά στον ορίζοντα γεγονότων.
Είναι σημαντικό να το θυμόμαστε αυτό για όλες τις μαύρες τρύπες που ανακαλύφθηκαν και εντοπίστηκαν. Το φαινόμενο αυτό είναι πολύ μικρό για να μετρηθεί υπό πειραματικά εφικτές συνθήκες. Εξαιτίας αυτού, η ακτινοβολία Hawking δεν έχει εντοπιστεί ακόμη. Στο μεταξύ, οι φυσικοί κατασκευάζουν και αναλύουν ανάλογα συστήματα.
Τον Σεπτέμβριο του 2010, θεωρήθηκε ότι ένα εργαστηριακά κατασκευασμένο σώμα που δημιουργήθηκε με προσομοίωση του ορίζοντα γεγονότων μιας λευκής τρύπας εκπέμπει ένα οπτικό ανάλογο με την ακτινοβολία Hawking. Ωστόσο, μέχρι σήμερα, δεν υπάρχει επίσημη επιβεβαίωση της ακρίβειας αυτού του πειράματος. Μία από τις τελευταίες προβλέψεις συνδέει επίσης τις ηχητικές μαύρες τρύπες (sonic black holes-για τις οποίες οι διαταραχές του ήχου είναι ανάλογες με το φως σε μια βαρυτική μαύρη τρύπα) με μια μορφή τέλειας ροής υγρού η οποία θα μπορούσε να προσομοιώσει την ακτινοβολία Hawking.
Αν και είναι άγνωστο πώς και πότε θα εντοπιστεί η ακτινοβολία Hawking, οι επιστήμονες εργάζονται επιμελώς για το σκοπό αυτό. Αυτό που θα συμβεί αφού ανακαλυφθεί μια τέτοια ακτινοβολία είναι επίσης άγνωστο, αλλά μπορεί κανείς να ελπίζει ότι θα ανοίξει μια νέα εποχή για την κατανόηση των μελανών οπών.
2. Γαλαξιακή καμπύλη περιστροφής και σκοτεινή ύλη
Μια καμπύλη γαλαξιακής περιστροφής (Galaxy Rotation Curve) είναι η γραφική παράσταση της τροχιακής ταχύτητας περιστροφής των αστεριών έναντι της απόστασης τους από το κέντρο. Εξετάστε το ηλιακό σύστημα. Ο πλανήτης Ερμής περιφέρεται γύρω από τον Ήλιο σε 88 ημέρες, ενώ ο πλανήτης Ποσειδώνας χρειάζεται περίπου 165 χρόνια για μια πλήρη περιφορά. Επίσης, η τροχιακή ταχύτητα των πλανητών μειώνεται καθώς πηγαίνουμε από τον Ερμή προς τον Ποσειδώνα. Ωστόσο, αυτό δεν ισχύει για τους γαλαξιακούς δίσκους. Τα αστέρια περιστρέφονται γύρω από το κέντρο του γαλαξία τους με ίση ή αυξανόμενη ταχύτητα σε μεγάλο εύρος αποστάσεων.
Στην εικόνα βλέπουμε την καμπύλη περιστροφής του σπειροειδούς Γαλαξία του Τριγώνου ή Messier 33 (κίτρινα και μπλε σημεία με γραμμές σφάλματος) και μια προβλεπόμενη από την κατανομή της ορατής ύλης (γκρίζα γραμμή). Η απόκλιση μεταξύ των δύο καμπυλών μπορεί να εξηγηθεί με την προσθήκη ενός άλως σκοτεινής ύλης που περιβάλλει τον γαλαξία.
Η ασυμφωνία αυτή έχει δύο επιπτώσεις. Είτε οι νόμοι της κλασικής μηχανικής του Νεύτωνα δεν είναι καθολικοί, είτε υπάρχει ένα επιπλέον θέμα στον γαλαξία που δεν είναι ορατό σε εμάς. Αυτή η αόρατη ύλη είναι γνωστή ως σκοτεινή ύλη. Η απόκλιση στις καμπύλες περιστροφής του γαλαξία είναι ένα από τα πρώτα αποδεικτικά στοιχεία ύπαρξης της σκοτεινής ύλης.
1. Μαύρες τρύπες
Ένα από τα πιο άλυτα και σημαντικά προβλήματα στην Αστροφυσική είναι οι μαύρες τρύπες. Οι μαύρες τρύπες εμφανίστηκαν για πρώτη φορά στις λύσεις των εξισώσεων της γενικής σχετικότητας. Αν και πραγματοποιείται πολλή έρευνα σε αυτόν τον τομέα, το ερώτημα είναι: Υπάρχουν πραγματικά οι μαθηματικές μαύρες τρύπες που προβλέπονται από τη Γενική Σχετικότητα ή είναι τα αιωνίως καταρρέοντα αντικείμενα;
Άποψη της υπερμεγέθης μαύρης τρύπας του γαλαξία M87 σε πολωμένο φως.
Η επιστημονική κοινότητα χωρίζεται σε δύο θα λέγαμε αιρέσεις: μία που λέει ότι οι μαύρες τρύπες που παρατηρούνται είναι αυτές που προβλέπονται από την Γενική Θεωρία της Σχετικότητας (general theory of relativity ή GTR), με την ύπαρξη μιας μοναδικότητας (singularity). Αντίθετα, άλλοι λένε ότι δεν είναι οι μαθηματικές μαύρες τρύπες αλλά είναι αιωνίως καταρρέοντα αντικείμενα. Υπάρχουν πολλά παρατηρημένα γεγονότα που δεν μπορεί να εξηγήσουν το πρώτο. Ένα από αυτά είναι η δύναμη του μαγνητικού πεδίου. Πώς μπορούν οι μαύρες τρύπες να παράγουν τόσο ισχυρό μαγνητικό πεδίο όταν η μόνη πηγή είναι τα σωματίδια του δίσκου προσαύξησης.
Το μοντέλο των αιωνίως καταρρέοντων αντικειμένων αντί των μελανών οπών αντιπροσωπεύει πολλά παρατηρούμενα γεγονότα και πιστεύεται ότι είναι ένα καλύτερο μοντέλο. Αλλά ακόμη απέχει πολύ από το να γίνει αποδεκτό παγκοσμίως.
Αυτά είναι συνοπτικά μερικά από τα μεγάλα άλυτα προβλήματα στην αστροφυσική.
Πηγή: secretsofuniverse.in