Νέα Φυσική ;

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

Όμως, η τιμή της σταθεράς του Χάμπλ είναι τόσο ακριβής όσο και η ακρίβεια των μετρήσεων. Οι αστρονόμοι δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν μια...μεζούρα  για να μετρήσουν τις αποστάσεις μεταξύ γαλαξιών. Αντί αυτού, έχουν επιλέξει ειδικές κατηγορίες αστεριών και Υπερκαινοφανών (πρότυπα κηρία) ως κοσμικούς μετρητές ή δείκτες μιλίων -χιλιομετρικούς δείκτες, για την ακριβή μέτρηση των γαλαξιακών αποστάσεων.


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.

Οι εικόνες αυτές απο το ΔΤ Χάμπλ παρουσιάζουν δύο από τους 19 γαλαξίες που αναλύθηκαν σε ένα πρόγραμμα για τη βελτίωση της ακρίβειας του ρυθμού διαστολής του Σύμπαντος, μια τιμή γνωστή ως Σταθερά του Χάμπλ. Οι έγχρωμες-σύνθετες εικόνες δείχνουν τους Γαλαξίες NGC 3972 (αριστερά) και NGC 1015 (δεξιά), που βρίσκονται 65 εκατομμύρια έτη φωτός και 118 εκατομμύρια έτη φωτός, αντίστοιχα, από τη Γη. Οι κίτρινοι κύκλοι σε κάθε γαλαξία αντιπροσωπεύουν τις θέσεις των παλλόμενων αστέρων που ονομάζονται μεταβλητοί Κηφείδες.

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. 

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/groups/174408446026959/

 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

Θέσεις και μεγέθη των κοσμικών αντικειμένων – Τι είναι οι Γωνιακές αποστάσεις ;

 Οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν τη γωνιακή μέτρηση (ή αλλιώς Γωνιακές αποστάσεις),

 για να περιγράψουν το φαινόμενο μέγεθος ενός αντικειμένου στο νυχτερινό ουρανό.

Μια γωνία είναι το άνοιγμα μεταξύ των δύο γραμμών που συναντώνται σε ένα σημείο και η  γωνιακή μέτρηση περιγράφει το μέγεθος μιας γωνίας σε μοίρες, που ορίζονται από το  σύμβολο ⁰ μπροστά από ένα αριθμό. Αρά λοιπόν βγαίνει το συμπέρασμα ότι για την Ουράνια σφαίρα όταν μιλάμε για Γωνιακή απόσταση εννοούμε την γωνία που σχηματίζεται στα μάτια μας μεταξύ δύο ουράνιων αντικειμένων.

 Ένας πλήρης κύκλος χωρίζεται σε 360 ° μοίρες και μια ορθή γωνία ισούται με 90 ° μοίρες. Η μία μοίρα  μπορεί να διαιρεθεί σε 60 λεπτά του τόξου (εν συντομία 60 αρκτόλεπτα στα Αγγλικά: arcminutes , ή 60 '). Ένα πρώτο λεπτό μπορεί επίσης να διαιρεθεί σε 60 δευτερόλεπτα του τόξου (εν συντομία 60 αρκτόδευτερόλεπτα του τόξου στα Αγγλικά: arcsec ή 60 ").

Παράδειγμα: Η γωνία (ή η Γωνιακή απόσταση) που σχηματίζεται στα μάτια μας από τη διάμετρο της πανσελήνου είναι περίπου 31 λεπτά του τόξου ή 0.5 °, έτσι οι αστρονόμοι θα πουν ότι η  γωνιακή διάμετρος της Σελήνης είναι 31 λεπτά του τόξου, ή η Σελήνη εκτείνεται σε  μία γωνία 31 λεπτών του τόξου.

Εάν τεντώσετε καλά το χέρι σας προς τον ουρανό , μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τα δάχτυλά σας για να προσδιορίσετε γωνιακές αποστάσεις και (φαινόμενα) μεγέθη στον ουρανό. Ο δείκτης του χεριού σας είναι περίπου 1 ° σε διάμετρο και η απόσταση που καλύπτει ολόκληρη η παλάμη σας είναι περίπου 10 °.

Ο τύπος (Formula) της μικρής γωνίας

Τα γωνιακά μεγέθη των αντικειμένων, μας δείχνουν πόσο τμήμα του ουρανού ένα αντικείμενο εμφανίζεται να καλύπτει. Ωστόσο, γωνιακό μέγεθος δεν σημαίνει με τίποτα, ότι μπορώ να αποφανθώ για το πραγματικό μέγεθος ενός αντικειμένου. Εάν έχετε τεντώσει , όπως είπαμε πριν, το χέρι σας, κοιτάζοντας την πανσέληνο, μπορείτε να την ‘’καλύψετε’’ πλήρως με τον αντίχειρά σας, αλλά φυσικά, το φεγγάρι είναι πολύ μεγαλύτερο από ό, τι ο αντίχειρά σας, εμφανίζεται μικρότερο, λόγω της απόστασής του που είναι 384.400 χλμ. Όπως έχουμε αντιληφθεί, το πόσο μεγάλο εμφανίζεται ένα αντικείμενο δεν εξαρτάται μόνο από το μέγεθος του, αλλά επίσης  και από την απόσταση του. Το φαινόμενο μέγεθος, το πραγματικό μέγεθος ενός αντικειμένου, η απόσταση από το αντικείμενο μπορεί να σχετίζεται με το λεγόμενο τύπο της μικρής γωνίας  :

D = θ d / 206,265

Όπου:

D = Το γραμμικό μέγεθος ενός αντικειμένου

θ = Το γωνιακό μέγεθος του αντικειμένου, σε δευτερόλεπτα του τόξου

d = Η απόσταση μας από το αντικείμενο

Παράδειγμα:

Κάποιο τηλεσκόπιο πάνω στη Γη μπορεί να δει λεπτομέρειες τόσο μικρές όσο 2 δευτερόλεπτα του τόξου. Ποια είναι η μεγαλύτερη απόσταση που θα μπορούσε να δει το τηλεσκόπιο αυτό τόσο μικρές όσο είναι το ύψος ενός συνηθισμένου ατόμου (1,6 μέτρα);

Λύση:

  d = 206,265 D / θ = 206,265 × 1.6 μέτρα / 2 = 165.012 μέτρα = 165,012 χιλιόμετρα

Η απόσταση λοιπόν, όπως είδαμε, είναι πολύ μικρότερη από την απόσταση της Γης από την Σελήνης (περίπου 384.000 χιλιόμετρα), πράγμα που σημαίνει ότι το τηλεσκόπιο αυτό δεν θα είναι σε θέση να δει έναν αστροναύτη που περπατάει στο φεγγάρι. (Στην πραγματικότητα, δεν θα μπορούσε κανένα Τηλεσκόπιο πάνω στη Γη .)

Πρακτικές ερωτήσεις

1. Η μέση απόσταση της Σελήνης είναι περίπου 384.000 χιλιόμετρα. Η Σελήνη καλύπτει (Φαινομενικά) γωνία 31 δευτερόλεπτα τόξου, ή περίπου 0,5 ° (μισή μοίρα). Χρησιμοποιήστε αυτές τις πληροφορίες και τον τύπο της μικρής γωνίας για να βρείτε τη διάμετρο της Σελήνης σε χιλιόμετρα.

2. Σε ποια απόσταση θα πρέπει να κρατήσει το ένα νόμισμα ( μιλάμε εδώ για το αμερικάνικο νόμισμα του ενός τετάρτου του δολαρίου το οποίο έχει διάμετρο περίπου 2,5 εκατοστά του μέτρου) για να καλύψετε μια γωνία 1 °;

Απαντήσεις:

1. Η διάμετρος της Σελήνης είναι περίπου 3.463 χιλιόμετρα

2. Θα πρέπει να το κρατήσετε σε απόσταση 1,43 μέτρων.

Χρησιμότητες

Στην ναυσιπλοΐα με αστρονομική ναυτιλία, η εύρεση του ύψους των ουράνιων αντικειμένων (ήλιος, Πλανήτες, Αστέρες) που μας βοηθούν στην εύρεση της θέσης μας (Fix position), αλλά και την μέτρηση αποστάσεων πάνω στη Γήινη επιφάνεια, γίνεται με ένα όργανο που λέγεται Ναυτικός Εξάντας. Το όργανο αυτό μετράει γενικά γωνιακές αποστάσεις, όπως μάθαμε να μετράμε προηγουμένως, αλλά με μηχανικό και πιο ακριβή τρόπο. Περαιτέρω ο Εξάντας μετράει για πιο μεγάλη ακρίβεια τις λεγόμενες Ουράνιες Συντεταγμένες.

Το Ύψος ενός Ουρανίου σώματος είναι ένα από τα δύο στοιχεία (το άλλο είναι η διόπτευση ή Azimuth) που χρειάζονται για τις λεγόμενες (τοπικές) Επίγειες συντεταγμένες ενός Ουρανίου αντικειμένου. Πρακτικά δηλαδή βρίσκουμε την θέση των αντικειμένων αυτών με το χέρι μας και με μια καλή φορητή μαγνητική πυξίδα. Π.χ. Βλέπουμε κάποια στιγμή τον Πολικό Αστέρα στον νυκτερινό Ουρανό, βρίσκουμε την διόπτευσή του με την Πυξίδα μας, και μετράμε με το χέρι μας την απόστασή του από τον φαινόμενο Ορίζοντα (Το ύψος του δηλαδή, αλλά πιο ακριβές είναι από τον μαθηματικό ορίζοντα τον οποίο και δεν μπορούμε να δούμε). Θα παρατηρήσουμε ότι είναι περίπου σε διόπτευση 001⁰ και το ύψος του που είναι (Μόνο για τον Πολικό αστέρα ισχύει αυτό) όσο είναι περίπου και το πλάτος μας ! Δηλαδή εδώ στην Αθήνα γύρω στις 37⁰  και κάτι…

Εικόνες από Γωνιακές αποστάσεις στον Ουρανό:

Καλές παρατηρήσεις

Πηγές: lco.global

            en.wikipedia.org

Απόδοση στα Ελληνικά : Δημήτρης Γκίκας

Για διορθώσεις, απορίες, ή συμπληρώματα γράψτε μας: gikasd63@hotmail.com

Χρησιμοποιώντας Κβάζαρ ως ένα νέο "πρότυπο κηρίο" για τον προσδιορισμό των αποστάσεων στο Σύμπαν

Μια νέα μελέτη δείχνει έναν τρόπο χρήσης των κβάζαρ για τη μέτρηση της απόστασης στο πρώιμο Σύμπαν.

Το απλό ερώτημα "πόσο μακριά είναι;" μπαίνει στο επίκεντρο της ιστορίας της σύγχρονης αστρονομίας. Παρατηρώντας την γαλαξιακή μας γειτονιά στο αρχέγονο Σύμπαν, διαφορετικά πρότυπα μέτρησης - συχνά αναφερόμενα ως "πρότυπα κηρία (standard candles)" - χρησιμοποιούνται για να μετρήσουν διάφορες αποστάσεις, από πολύ κοντά έως πολύ μακριά.

Νέα Φυσική ; Ίσως

"Βρισκόμαστε σε μεγάλη αμηχανία" - Τα ευρήματα της διαστημοσυσκευής Γάιας και του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble μπορούν να αποκαλύψουν μια "νέα φυσική για το Σύμπαν...

...Τα από κοινού νέα δεδομένα από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Γαία και το Διαστημικού Τηλεσκοπίου Χάμπλ βρίσκονται σε σοβαρή σύγκρουση με τα δεδομένα της Κοσμικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου", δήλωσε το μέλος της ομάδας Planck, George Efstathi, του Ινστιτούτου Κοσμολογίας Kavli στο Κέιμπριτζ. Τα αποτελέσματα δίνουν τροφή στην ασυμβατότητα μεταξύ των μετρήσεων για τον βαθμό διαστολής του λεγόμενου κοντινού μας Σύμπαντος, και εκείνων του απομακρυσμένου, αρχέγονου Σύμπαντος - πριν ακόμη δημιουργηθούν τα αστέρια και οι γαλαξίες.


Αυτή η αποκαλούμενη "ένταση" υποδηλώνει ότι θα μπορούσε να υπάρξει μια νέα φυσική η οποία να στηρίζει τα "θεμέλια" του σύμπαντος. Οι πιθανότητες περιλαμβάνουν τη δύναμη αλληλεπίδρασης της σκοτεινής ύλης, τη σκοτεινή ενέργεια η οποία είναι ακόμη πιο εξωτική από ότι είχε προηγουμένως θεωρηθεί, ή υπάρχει ένα άγνωστο νέο σωματίδιο στο "υφαντό" του διαστήματος.

Συνδυάζοντας παρατηρήσεις από το διαστημικά τηλεσκόπια Χάμπλ της NASA και Γαία του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA) (στη παρακάτω εικόνα), οι αστρονόμοι εκλέπτυναν την προηγούμενη τιμή για τη σταθερά του Χάμπλ, τον ρυθμό με τον οποίο το Σύμπαν διαστέλλεται από την Μεγάλη Έκρηξη πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια.

Όμως, καθώς οι μετρήσεις έγιναν ακριβέστερες, η αποφασιστικότητα της ομάδας για τη σταθερά του Χάμπλ βρισκόταν όλο και περισσότερο σε αντίθεση με τις μετρήσεις από ένα άλλο διαστημικό παρατηρητήριο, την αποστολή Πλάνκ του ΕΟΔ, η οποία φέρνει στο προσκήνιο μια διαφορετική προβλεπόμενη τιμή για τη σταθερά του Χάμπλ.


Το διαστημικό τηλεσκόπιο Πλανκ χαρτογράφησε το αρχέγονο Σύμπαν όπως αυτό εμφανίστηκε 360.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Σε ολόκληρο τον ουρανό είναι αποτυπωμένη η "υπογραφή" της Μεγάλης Έκρηξης κωδικοποιημένη, κρυμμένη αν θέλετε μέσα στα μικροκύματα. Το ΔΤ Πλανκ μέτρησε τα μεγέθη των ρυτιδώσεων στη Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου (CMB) οι οποίες δημιουργήθηκαν από ελαφρές ανωμαλίες στην πύρινη γένεση της Μεγάλης έκρηξης. Οι μικρές λεπτομέρειες αυτών των ρυτιδώσεων κωδικοποιούν πόση σκοτεινή και φυσική ύλη υπάρχει, την τροχιά του Σύμπαντος εκείνη την εποχή, και άλλες κοσμολογικές παραμέτρους.

Οι μετρήσεις αυτές, που εξακολουθούν να αξιολογούνται, επιτρέπουν στους επιστήμονες να προβλέψουν πώς το πρώιμο σύμπαν πιθανότατα εξελίχθηκε με το ρυθμό διαστολής που μπορούμε να μετρήσουμε σήμερα. Ωστόσο, αυτές οι προβλέψεις δεν φαίνεται να ταιριάζουν με τις νέες μετρήσεις του κοντινού, σύγχρονου μας Σύμπαντος.   


"Η "ένταση" φαίνεται να έχει εξελιχθεί σε μια πλήρης ασυμβατότητα μεταξύ των απόψεών μας για το πρώιμο και το τωρινό Σύμπαν", δήλωσε ο επικεφαλής της ομάδας και βραβευμένος με Νόμπελ Adam Riess του Ινστιτούτου Επιστήμης Διαστημικού Τηλεσκοπίου (Space Telescope Science Institute), και του Πανεπιστημίου Johns Hopkins στη Βαλτιμόρη, του Μέριλαντ. "Σε αυτό το σημείο, είναι σαφές ότι δεν είναι απλώς ένα μείζον λάθος σε οποιαδήποτε μέτρηση. Είναι σαν να προβλέπετε πόσο ψηλό θα γίνει ένα παιδί από ένα αναπτυξιακό διάγραμμα και έπειτα βλέπετε τον ή την ενήλικα που ξεπέρασε πολύ την πρόβλεψη αυτή. Βρισκόμαστε σε μεγάλη αμηχανία. "

Το 2005, η Riess και τα μέλη της ομάδας Supernova H0 for the Equation of State ή SHOES (Υπερκαινοφανής H0 για την εξίσωση της Κατάστασης Equation of State) έθεσαν ως στόχο τη μέτρηση του ρυθμού διαστολής του Σύμπαντος με πρωτοφανή ακρίβεια. Στα επόμενα χρόνια, βελτιώνοντας τις τεχνικές τους, η ομάδα αυτή διόρθωσε την αβεβαιότητα της μέτρησης του βαθμού διαστολής σε πρωτοφανή επίπεδα. Τώρα, με τη συνδυασμένη δύναμη των Διαστημικών Τηλεσκοπίων Χάμπλ και Γαία, έχουν μειώσει αυτή την αβεβαιότητα σε μόλις 2,2%.


Επειδή η σταθερά του Χάμπλ είναι απαραίτητη για να εκτιμηθεί η ηλικία του Σύμπαντος, η απάντηση που αναζητείται είναι ένας από τους σημαντικότερους αριθμούς στην Κοσμολογία. Πήρε το όνομά της από τον Αμερικανό αστρονόμο Έντγουιν Χαμπλ, ο οποίος πριν από περίπου έναν αιώνα ανακάλυψε ότι το Σύμπαν επεκτάθηκε ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις - ένα εύρημα που έδωσε τη γέννηση της σύγχρονης Κοσμολογίας.

Οι γαλαξίες φαίνεται να απομακρύνονται από τη Γη ανάλογα με τις αποστάσεις τους, πράγμα που σημαίνει ότι όσο πιο μακριά είναι ένας γαλαξίας, τόσο πιο γρήγορα φαίνεται να απομακρύνεται. Αυτό είναι συνέπεια της διαστολής του χώρου και όχι της πραγματικής ταχύτητας του χώρου, ή του διαστήματος αν προτιμάτε. Μετρώντας την τιμή της σταθεράς του Χάμπλ με την πάροδο του χρόνου, οι αστρονόμοι μπορούν να δημιουργήσουν μια εικόνα της κοσμικής μας εξέλιξης, να συνάγουν τη σύνθεση του Σύμπαντος, και να ανακαλύψουν ενδείξεις σχετικά με την τελική του τύχη.


Οι δύο κύριες μέθοδοι μέτρησης αυτού του αριθμού δίνουν ασύμβατα αποτελέσματα. Μια μέθοδος είναι άμεση, οικοδομώντας μια κοσμική "κλίμακα απόστασης" από τις μετρήσεις των αστεριών στο τοπικό μας σύμπαν. Η άλλη μέθοδος χρησιμοποιεί τη ΚΑΥ για να μετρήσει την τροχιά του σύμπαντος λίγο μετά την Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang), και στη συνέχεια χρησιμοποιεί τη Φυσική για να περιγράψει το Σύμπαν, και να προχωρήσει σε συμπεράσματα σχετικά με τη τρέχουσα ταχύτητα διαστολής του Σύμπαντος. Μαζί, οι μετρήσεις αυτές θα πρέπει να παρέχουν έναν έλεγχο, ενα τεστάρισμα από άκρο σε άκρο της βασικής μας κατανόησης για το λεγόμενο "Καθιερωμένο Πρότυπο " του Σύμπαντος. Ωστόσο, τα..."κομμάτια" δεν ταιριάζουν...

Χρησιμοποιώντας το ΔΤ Χάμπλ καθώς και τα πρόσφατα δημοσιευμένα δεδομένα από το ΔΤ Γαία, η ομάδα του Riess μέτρησε το σημερινό ρυθμό διαστολής του Σύμπαντος στα 73,5 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά Μεγαπαρσέκ. Αυτό σημαίνει ότι για κάθε 3,3 εκατομμύρια έτη φωτός μακρύτερα βρίσκεται ένας γαλαξίας από εμάς, φαίνεται να κινείται με ταχύτητα 73,5 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο. Ωστόσο, τα αποτελέσματα του ΔΤ Πλάνκ προβλέπουν ότι το Σύμπαν πρέπει να διαστέλλεται αυτή τη στιγμή με μόλις 67,0 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά Μεγαπαρσέκ. Καθώς οι μετρήσεις των ομάδων έχουν γίνει όλο και πιο ακριβείς, το χάσμα μεταξύ τους εξακολούθησε να διευρύνεται και τώρα είναι περίπου τέσσερις φορές μεγαλύτερο από το μέγεθος της συνδυασμένης αβεβαιότητας τους.

Με την πάροδο των ετών, η ομάδα του Riess "έχει επεξεργαστεί τη τιμή της σταθεράς του Χάμπλ εξορθολογίζοντας και ενισχύοντας την" κοσμική κλίμακα απόστασης", που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση αποστάσεων με ακρίβεια σε κοντινούς και μακρινούς γαλαξίες. Οι αποστάσεις αυτές τέθηκαν σε σύγκριση με την διαστολή του χώρου, μετρούμενη με την διάταση, το "τέντωμα" αν προτιμάτε του φωτός το οποίο προέρχεται από κοντινούς γαλαξίες. Χρησιμοποιώντας την φαινόμενη προς τα έξω ταχύτητα σε κάθε απόσταση, υπολογίζουν στη συνέχεια τη σταθερά Χάμπλ.

Για να μετρήσει τις αποστάσεις μεταξύ κοντινών γαλαξιών, η ομάδα  χρησιμοποίησε έναν ειδικό τύπο αστέρα ως κοσμικό υποδεκάμετρο ή χιλιομετρικό δείκτη. Αυτός ο τύπος παλλόμενου αστέρα που ονομάζονται μεταβλητοί Κηφείδες, οι οποίοι άλλοτε φαίνονται πολύ φωτεινοί και άλλοτε πολύ αμυδροί, σε ρυθμούς που αντιστοιχούν στην εσωτερική τους φωτεινότητα. Συγκρίνοντας την εσωτερική φωτεινότητα με την φαινόμενη τους φωτεινότητα όπως φαίνεται από τη Γη, οι επιστήμονες μπορούν να υπολογίσουν τις αποστάσεις τους.

Το ΔΤ Γαία επεξεργάζεται περαιτέρω το "υποδεκάμετρο" αυτό με τη γεωμετρική μέτρηση της απόστασης 50 μεταβλητών Κηφείδων στον Γαλαξία. Αυτές οι μετρήσεις συνδυάστηκαν με ακριβείς μετρήσεις της φωτεινότητας τους τους από το ΔΤ Χάμπλ. Αυτό επέτρεψε στους αστρονόμους να βαθμονομούν με μεγαλύτερη ακρίβεια τους Κηφείδες, και στη συνέχεια να χρησιμοποιούν εκείνους που βλέπουν έξω από τον Γαλαξία ως Χιλιομετρικούς δείκτες.


"Όταν χρησιμοποιείτε τους Κηφείδες, χρειάζεστε τόσο απόσταση όσο και φωτεινότητα", εξήγησε ο Riess. Το ΔΤ Χάμπλ παρείχε τις πληροφορίες σχετικά με τη φωτεινότητα, και το ΔΤ Γαία παρείχε τις πληροφορίες παράλλαξης που απαιτούνται για τον ακριβή προσδιορισμό των αποστάσεων. Ως παράλλαξη λογίζεται η εμφανής μεταβολή της θέσης ενός αντικειμένου λόγω της μετατόπισης της άποψης, της θέσης δηλαδή του παρατηρητή. Οι αρχαίοι Έλληνες χρησιμοποίησαν για πρώτη φορά αυτή την τεχνική για να μετρήσουν την απόσταση από τη Γη έως τη Σελήνη.

"Το ΔΤ Χάμπλ  είναι πραγματικά εκπληκτικό ως παρατηρητήριο γενικής χρήσης, αλλά το ΔΤ Γαία είναι το νέο χρυσό πρότυπο για τη βαθμονόμηση των αποστάσεων. Είναι σχεδιασμένο για τη μέτρηση της παράλλαξης - αυτό ήταν για το οποίο σχεδιάστηκε να κάνει", πρόσθεσε ο Stefano Casertano του Ινστιτούτου Επιστήμης Διαστημικού Τηλεσκοπίου (Space Telescope Science Institute) και μέλος της ομάδας SHOES. "Το ΔΤ Γαία εδραιώνει μια νέα ικανότητα να επαναβαθμονομεί όλες τις προηγούμενες μετρήσεις αποστάσεων, και φαίνεται να επιβεβαιώνει την προηγούμενη εργασία μας. Παίρνουμε την ίδια απάντηση για τη σταθερά του Χάμπλ αν αντικαταστήσουμε όλες τις προηγούμενες βαθμονομήσεις της κλίμακας αποστάσεων με τις παραλλάξεις του ΔΤ Γαία. Πρόκειται για ενα διασταυρώμενο έλεγχο μεταξύ δύο πολύ ισχυρών και εξαιρετικής ακρίβειας παρατηρητηρίων. "


Ο στόχος της ομάδας του Riess είναι να συνεργαστεί με το ΔΤ Γαία για να ξεπεράσει το όριο του αυστηρού επαναπροσδιορισμού της σταθεράς του Χάμπλ σε μια τιμή μόλις 1% από τις αρχές της δεκαετίας του 2020. Εν τω μεταξύ, οι αστροφυσικοί πιθανότατα θα συνεχίσουν να αγωνίζονται με την επανεξέταση των ιδεών τους για τη φυσική του πρώιμου Σύμπαντος.

--------------------*--------------------

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

. Άρατος- Παρατηρησιακή Αστρονομία Σαλαμίνας

. Αστρονομία και Επιστήμη

. Αστροβραδιές Σαλαμίνας

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/groups/174408446026959/

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

Βαρυτικοί Φακοί: Οφθαλμαπάτες στο Διάστημα

Γράφει η Αστροφυσικός Ελένη Χατζηχρήστου

Εικ.1: Βαρυτικός φακός. Το (μπλέ) δαχτυλίδι δεν είναι τίποτα άλλο παρά η στρεβλωμένη εικόνα ενός μακρινού, αόρατου σε εμάς, γαλαξία από το βαρυτικό πεδίο του κοντινότερου (λευκού) γαλαξία, που τυχαίνει να βρίσκεται στην ίδια ευθεία παρατήρησης. (A. Bolton (UH/IfA) for SLACS and NASA/ESA)

Μια οφθαλμαπάτη που διαδραματίζεται στο αχανές διάστημα, σε απόσταση χιλιάδων ετών φωτός, έχει πάρει το όνομα «βαρυτικοί φακοί» Το φαινόμενο ανιχνεύθηκε για πρώτη φορά το 1970 και είναι ένα σχετικά σπάνιο φαινόμενο προοπττικής: όταν δυο γαλαξίες στο διάστημα, που στην πραγματικότητα βρίσκονται σε πολύ μεγάλες αποστάσεις μεταξύ τους, βρεθούν κατά τύχη ευθυγραμμισμένοι σε σχέση με τον γήινο παρατηρητή, το βαρυτικό πεδίο του κοντινότερου γαλαξία στρεβλώνει την εικόνα του μακρινότερου, δημιουργώντας φωτεινά τόξα ή ένα φωτεινό δακτυλίδι. Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν προέβλεψε αυτό το φαινόμενο που συνάδει με την Θεωρία της Σχετικότητας το 1930, γι’αυτό και η στρεβλωμένη εικόνα ονομάζεται «δακτυλίδι Αϊνστάιν». Αυτό που είναι ακόμη πιο σημαντικό, είναι οτι το φως του μακρινού γαλαξία όχι μόνο στρεβλώνεται αλλά και ενισχύεται μέχρι και 30 φορές περισσότερο, κάτι που είναι χρησιμότατο στους αστροφυσικούς αφού με αυτό τον τρόπο μπορούν να ανιχνεύσουν μακρινούς αμυδρούς γαλαξίες που αλλοιώς θα παρέμεναν «αόρατοι» στα γήινα τηλεσκόπια.

Μεγάλες επισκοπήσεις του ουρανού έχουν την δυνατότητα να ανιχνεύσουν φαινόμενα βαρυτικών φακών στο Σύμπαν. Υπολογίζεται οτι σε όλο τον παρατηρήσιμο από τη Γη ουρανό υπάρχουν μέχρι και ένα εκατομμύριο βαρυτικοί φακοί. Μια πρόσφατη επισκόπηση του ουρανού, το Sloan Lens ACS (SLACS),  που πραγματοποιήθηκε με τηλεσκόπιο 2.5 μέτρων εγκαταστημένο στο Νέο Μεξικό των ΗΠΑ, μέτρησε τις ακριβείς αποστάσεις ενός εκατομμυρίου μακρινών γαλαξιών, ανακαλύπτοντάς ανάμεσά τους περί τα 70 φαινόμενα βαρυτικών φακών. Στη συνέχεια οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν την κάμερα ACS του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble για να φωτογραφήσουν με κάθε λεπτομέρεια τα σπάνια αυτά αντικείμενα.

 

 Εικ.2: Μερικοί από τους βαρυτικούς φακούς που ανακαλύφθηκαν από την επισκόπηση του ουρανού SLACS (NASA / ESA / A. BOLTON / SLACS TEAM)

Η μέτρηση του μεγέθους ενός δακτυλιδιού Αϊνστάιν και των αποστάσεων των δυο γαλαξιών, μπορεί να οδηγήσει στον προσδιορισμό της μάζας του κοντινού γαλαξία με μεγάλη ακρίβεια. Γνωρίζοντας, στη συνέχεια, την μάζα, την λαμπρότητα, το μέγεθος και την κίνηση των άστρων του γαλαξία, μπορούμε να υπολογίσουμε την σκοτεινή ύλη που περιέχει, που όπως γνωρίζουμε είναι συντριπτικά μεγαλύτερη από την φωτεινή ύλη (άστρα, αέριο).

Η μέθοδος αυτή οδήγησε τους επιστήμονες στο εκπληκτικό συμπέρασμα οτι το ποσοστό σκοτεινής ύλης είναι τόσο μεγαλύτερο όσο μεγαλύτερη είναι και η μάζα του γαλαξία, κάτι που δεν μπόρεσαν ακόμη να εξηγήσουν επαρκώς. Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας θα δημοσιευθούν σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά αυτό το φθινόπωρο. 

Μια ακόμη πρόσφατη σημαντική επισκόπηση με την επωνυμία COSMOS, που κάλυψε 1.6 τετραγωνικές μοίρες ουρανού, ανακάλυψε 67 νέους βαρυτικούς φακούς που βρίσκονται κοντά σε γαλαξίες πολύ μεγάλης μάζας με γηραιούς πληθυσμούς άστρων και ελάχιστο αέριο ή νεογέννητα άστρα. Η νέα αυτή ανακάλυψη καταδεικνύει οτι το Σύμπαν σφύζει από τέτοια φαινόμενα.

 

Εικ.3: Ένας από τους βαρυτικούς φακούς που ανακαλύφθηκε από την επισκόπηση του ουρανού COSMOS. (NASA/ESA/C. Faure/J.P. Kneib)

Μάλιστα σε ορισμένες περιπτώσεις ο βαρυτικός φακός δημιουργείται όχι από ένα αλλά από δύο μακρινούς γαλαξίες, που τυχαίνει να ευθυγραμμίζονται με τον κοντινό γαλαξία ως προς τον γήινο παρατηρητή. Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble στην αρχή του χρόνου φωτογράφησε για πρώτη φορά αυτό το μοναδικό φαινόμενο, που έχει σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός διπλού δακτυλιδιού Αϊνστάιν. Ο κοντινός γαλαξίας βρίσκεται σε απόσταση 3δισεκατομμυρίων ετών φωτός και οι δύο μακρινοί σε αποστάσεις 6 και 11 δισεκατομμυρίων ετών φωτός. Από τα δεδομένα αυτά μπορούμε να εξάγουμε εκτός από τη μάζα του κοντινού γαλαξία, πληροφορίες και για την σκοτεινή ύλη, την σκοτεινή ενέργεια, ακόμη και την καμπυλότητα του Σύμπαντος. Είναι δε εκπληκτικό, όπως τονίζουν οι επιστήμονες, οτι η πιθανότητα να ανακαλύψουμε αυτό το φαινόμενο στον ουρανό τυχαία είναι μόλις μία στις 10 χιλιάδες!

 

Εικ.4: Ο διπλός βαρυτικός φακός SDSSJ0946+1006 που ανακαλύφθηκε από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble. (NASA/ESA/R. Gavazzi and T. Treu/SLACS team)

 telescopeshop.gr