Σκοτεινή ενέργεια: «Ώρα της αλήθειας» για υποψήφια θεωρία.

Με επιτυχία ολοκληρώθηκαν οι πρώτες δοκιμές της διάταξης που κατασκεύασαν Ολλανδοί επιστήμονες από το Ίδρυμα Θεμελιωδών Ερευνών της Ύλης (FOM) και του πανεπιστημίου του Άμστερνταμ, με στόχο τον έλεγχο μίας από τις υποψήφιες θεωρίες για τη φύση της σκοτεινής ενέργειας.

Οι δοκιμές απέδειξαν πως ο ανιχνευτής έχει όντως την απαραίτητη ευαισθησία για να επιβεβαιώσει τον μηχανισμό που προτείνει η εν λόγω θεωρία, αν όντως ευσταθεί. Κάτι που σημαίνει πως ξεκινά πλέον η αντίστροφη μέτρηση για την πειραματική επαλήθευση ή κατάρριψη του συγκεκριμένου θεωρητικού μοντέλου.

Με τον όρο σκοτεινή ενέργεια, οι φυσικοί αποδίδουν την άγνωστη δύναμη που κατακλύζει το σύμπαν και επιταχύνει τη διαστολή του. Αν και από τη δράση της οι επιστήμονες γνωρίζουν πως αναλογεί περίπου στο 70% της μάζας-ενέργειας του σύμπαντος, μέχρι και σήμερα η φύση της παραμένει στο απόλυτο σκοτάδι.

Ένα από τα εντυπωσιακά χαρακτηριστικά της σκοτεινής ενέργειας είναι πως δείχνει να αποκτά ιδιαίτερα υψηλές τιμές στον απέραντο κενό χώρο, έχοντας σχεδόν αμελητέα επίδραση σε κλίμακα πλανητών ή ακόμη και ηλιακών συστημάτων.

Το γεγονός αυτό ώθησε τους θεωρητικούς φυσικούς Τζάστιν Χούρι και Αμάντα Ουέλτμαν το 2004, όταν εργάζονταν ως καθηγητές στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια στις ΗΠΑ, να προτείνουν την ύπαρξη ενός σωματιδίου «χαμαιλέοντα», με ιδιότητες που θα μπορούσαν να προκαλέσουν την επιταχυνόμενη διαστολή.

Σύμφωνα με το συγκεκριμένο μοντέλο, η ιδιότητα «κλειδί» του σωματιδίου είναι πως η μάζα του μεταβάλλεται ανάλογα με το περιβάλλον. Έτσι, παρουσία συμβατικής ύλης, το σωματίδιο έχει μεγάλη μάζα, με συνέπεια η δύναμη που προκαλεί να έχει πολύ μικρή εμβέλεια. Στον κενό χώρο, από την άλλη πλευρά, η μάζα του είναι αισθητά μικρότερη.

Το σωμάτιο αλληλεπιδρά επιπλέον με τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία και υπό συγκεκριμένες προϋποθέσεις παράγει φωτόνια, τα οποία μπορούν με τη σειρά τους να δημιουργήσουν νέους «χαμαιλέοντες».

Η κατασκευή του ανιχνευτή ήταν απαραίτητη για να ελεγχθεί πειραματικά η θεωρία, αφού καμία διάταξη μέχρι σήμερα δεν διέθετε την απαιτούμενη ευαισθησία.

Η συσκευή αποτελείται ουσιαστικά από δύο παράλληλες πλάκες: μεταβάλλοντας την πυκνότητα του υλικού που βρίσκεται ανάμεσά τους, το μοντέλο προβλέπει πως θα υπάρξει αλλαγή στην ισχύ των αλληλεπιδράσεων του σωματιδίου. Επομένως, αν αληθεύει, θα πρέπει να εντοπισθεί μια απειροελάχιστη αυξομείωση στις μετρούμενες δυνάμεις.

Η συσκευή ονομάστηκε Cannex, ακρωνύμιο των όρων «Casimir and non-Newtonian force experiment». Οι πρόσφατες δοκιμές επιβεβαίωσαν πως έχει την απαιτούμενη ευαισθησία για να ανιχνεύσει την παρουσία του σωματιδίου «χαμαιλέοντα».

Έτσι, άνοιξε ο δρόμος για την πραγματοποίηση των πειραμάτων που θα ελέγξουν τη θεωρία, δείχνοντας αν όντως αποτελεί την απάντηση στον «γρίφο» της σκοτεινής ενέργειας.

Κατά την ανάπτυξη του ανιχνευτή, πάντως, οι Ολλανδοί συνειδητοποίησαν πως με τον ίδιο τρόπο θα μπορούσαν να μετρηθούν με εξαιρετική ακρίβεια και οι σεισμικές δονήσεις.

Επομένως, ανέπτυξαν μια εκδοχή του Cannex, που λειτουργεί ως βελτιωμένος σεισμογράφος συγκριτικά με τις υπάρχουσες διατάξεις.

http://www.naftemporiki.gr/story/963652/ora-tis-alitheias-gia-mia-theoria-upopsifia-gia-ti-skoteini-energeia

«Το Σύμπαν πάντοτε επιφυλάσσει εκπλήξεις»

Εχει περάσει σχεδόν ένας αιώνας από τότε που οι αστρονόμοι, μέσα από τις παρατηρήσεις τους, υποστήριζαν ότι το Σύμπαν που μας φιλοξενεί διαστέλλεται, και ότι ξεκίνησε ως... ένα μοναδικό και εξαιρετικά πυκνό σημείο. Ετσι γεννήθηκε η θεωρία της Μεγάλης Εκρηξης, παρότι ο συγκεκριμένος όρος επινοήθηκε δύο δεκαετίες αργότερα. Για τον επόμενο μισό αιώνα, η συμβατική θεωρία για το «τι συνέβη μετά» τη Μεγάλη Εκρηξη υπαγόρευε ότι το Σύμπαν συνέχισε να διαστέλλεται με επιβραδυνόμενο ρυθμό, κάτι που εξηγούνταν από την επίδραση της δύναμης της βαρύτητας.

To 1988 ο Αμερικανός αστροφυσικός Σολ Περλμάτερ από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ, ξεκίνησε μία έρευνα με σκοπό να μετρήσει τον ρυθμό με τον οποίο επιβραδύνεται η διαστολή του Σύμπαντος. Δεν ήταν ο μόνος. Μία δεύτερη ομάδα με επικεφαλής τον Αυστραλό Μπράιαν Σμιντ, μετά λίγα χρόνια, έβαλε το ίδιο στοίχημα, χρησιμοποιώντας μάλιστα και την ίδια μέθοδο:

την παρατήρηση του φωτός αστέρων που εκρήγνυνται, γνωστoί ως Υπερκαινοφανείς αστέρες ή Σουπερνόβα.

Το φως για να ταξιδέψει χρειάζεται χρόνο. Ενα μακρινό Σουπερνόβα μπορεί να απέχει έως και δέκα δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, έχει δηλαδή τα 2/3 της ηλικίας του Σύμπαντος. Η φωτεινότητα του Σουπερνόβα αποκαλύπτει την ηλικία του. Για παράδειγμα, όσο πιο αχνό είναι το φως του, τόσο πιο μακριά μας βρίσκεται και τόσο πιο παλιά πραγματοποιήθηκε η έκρηξη. Το φως αυτό ταξιδεύει σε εμάς μέσα σε ένα διαστελλόμενο Σύμπαν. Το πόσο λοιπόν έχει διασταλεί αυτό το φως μαρτυρά το πόσο έχει διασταλεί και το Σύμπαν.

Οι παρατηρήσεις τους έδειξαν ότι πράγματι η διαστολή του Σύμπαντος πραγματοποιούνταν με επιβραδυνόμενο ρυθμό μέχρι τα μισά της ζωής του, όμως στο πιο πρόσφατο μισό της ζωής του αυτό άρχισε να επιταχύνεται, και από όσα γνωρίζουν έως σήμερα οι επιστήμονες, θα συνεχίσει να επιταχύνεται. «Αυτό που παρατηρήσαμε ήταν ένα δραματικά διαφορετικό Σύμπαν. Ηταν μία μεγάλη έκπληξη» είπε ο νομπελίστας πλέον Σολ Περλμάτερ, στην ομιλία του στο πλαίσιο της 65ης Συνάντησης νομπελιστών με νέους επιστήμονες στο Λίνταου της Γερμανίας, τον περασμένο μήνα.

«Αλλαγή πλεύσης»

Ποιος ευθύνεται όμως γι’ αυτή την «αλλαγή πλεύσης» του Σύμπαντος; «Μία πιθανή εξήγηση αφορά την ύπαρξη μιας νέας μορφής ενέργειας που δεσπόζει σε ολόκληρο το Σύμπαν, την οποία όμως δεν έχουμε καταφέρει ακόμα να ανακαλύψουμε» είπε ο κ. Περλμάτερ. «Αυτή την ενέργεια την έχουμε ονομάσει Σκοτεινή Ενέργεια (Dark Energy), ένα όνομα που περιγράφει την άγνοιά μας γι’ αυτήν, και δεν έχει καμία σχέση με το χρώμα της» σχολίασε αστειευόμενος.

Είναι ελάχιστα αυτά που γνωρίζουν οι επιστήμονες για τη Σκοτεινή Ενέργεια, και όπως τόνισε ο κ. Περλμάτερ, για να αρχίσουν οι αστροφυσικοί να ξεδιπλώνουν τα μυστικά των ιδιοτήτων της χρειάζεται οι μετρήσεις τους να αποκτήσουν 20 φορές μεγαλύτερη ακρίβεια. «Κάθε φορά που καταφέρνουμε να κάνουμε πιο ακριβείς μετρήσεις της ιστορίας του Σύμπαντος επιφυλάσσονται και εκπλήξεις», είπε.

Παράλληλα όμως με την εξιχνίαση του μυστηρίου της Σκοτεινής Ενέργειας, ο κ. Περλμάτερ, καταστρώνει και άλλα σχέδια: να ανακαλύψει μία μέθοδο διδασκαλίας του τρόπου σκέψης των επιστημόνων, την οποία θεωρεί απαραίτητο εφόδιο, όχι μόνο για τους επιστήμονες, αλλά για ολόκληρη την κοινωνία.

– Πώς μπορεί η εργαλειοθήκη της επιστήμης να μας μάθει να βρίσκουμε λύσεις στα προβλήματα της κοινωνίας;

– Το σημαντικότερο που μας διδάσκει η επιστήμη είναι ότι καταφέρνουμε περισσότερα όταν είμαστε ανοιχτοί στο να κάνουμε λάθος. Ενα από τα προβλήματα του σήμερα, είναι ότι η άσκηση πολιτικής έχει απομακρυνθεί από τη λογική της ορθολογικής αντιπαράθεσης, ενώ έχει επικρατήσει το «έχω τις απόψεις μου και παραμένω πιστός σε αυτές».

Αντίθετα, στην επιστήμη κυνηγάμε τα ίδια μας τα λάθη, ψάχνουμε να βρούμε εάν υπάρχει κάτι διαφορετικό στο κόσμο που δεν το περιμέναμε. Ετσι οδηγούμαστε συχνά σε εκπλήξεις και είμαστε πρόθυμοι να

αλλάξουμε γνώμη, να δοκιμάσουμε δηλαδή μία διαφορετική πολιτική, και ακόμα και εάν κάνουμε λάθος, συνεχίζουμε να πειραματιζόμαστε. Για κάποιο λόγο αυτό το τόσο επιτυχημένο μάθημα από την επιστήμη δεν έχει μεταδοθεί με επιτυχία στις μεγαλύτερες κοινωνίες και στο πολιτικό σύστημα.

Η επιστήμη προσφέρει επίσης μία πιθανολογική κατανόηση του κόσμου. Δεν γνωρίζουμε με απόλυτη σιγουριά τις απαντήσεις κάθε δεδομένη στιγμή, αλλά είμαστε ικανοί να ποσοτικοποιήσουμε πόσο σίγουροι είμαστε. Και αυτό είναι το δυνατό μας σημείο, η ικανότητά μας να είμαστε ευέλικτοι και να γνωρίζουμε πότε να ακολουθούμε τις πιθανότητες και πότε υπάρχει χώρος για ελιγμούς.

– Στην πολιτική, τι εμποδίζει την αλλαγή γνώμης;

– Από τον τρόπο που λειτουργεί η επιστήμη, η αίσθησή μου είναι ότι εάν καταπιαστείς με ένα δύσκολο πρόβλημα πρέπει να υποθέσεις ότι τα πρώτα δύο ή τρία πράγματα που θα δοκιμάσεις δεν θα λειτουργήσουν. Οπως και να έχει, όμως, χρειάζεται να τα δοκιμάσεις, γιατί μόνο έτσι θα διαπιστώσεις γιατί δεν λειτουργούν. Ομολογώ ότι είμαι σοκαρισμένος που κανένας δεν βλέπει τα κοινωνικά ή τα οικονομικά προβλήματα με τον ίδιο τρόπο. Εάν δεν δοκιμάσουμε, δεν είναι ότι αποφεύγουμε τα λάθη, κάνουμε απλά λάθη χωρίς να το ξέρουμε. Και μη γνωρίζοντας έναν εύκολο τρόπο να τα διορθώσουμε, παντρευόμαστε μία συγκεκριμένη οπτική.

Ο ρόλος της ομάδας.

Για κάποιους δεν υπάρχει χώρος για αλλαγή γνώμης, γιατί κάτι τέτοιο θα σήμαινε ότι παραδέχονται ότι ολόκληρη η πλατφόρμα τους δεν βγάζει νόημα και ότι ο κόσμος θα πρέπει να ψηφίσει τον αντίπαλο. Αντίθετα, εάν ο τρόπος που κάνει κάποιος πολιτική βασίζεται σε μία διαδικασία, κατά την οποία λέει «προσπαθούμε να διαπιστώσουμε πώς να φτιάξουμε έναν καλύτερο κόσμο, και εάν συνεχίσετε να ψηφίζετε γι’ αυτή τη διαδικασία, θα τα καταφέρουμε καλύτερα μαζί», δίνεται χώρος για να εκμεταλλευτούμε καλύτερα τις ευκαιρίες και να διαπιστώσουμε τι μπορούμε να κάνουμε μαζί, σαν ομάδα.

– Τι μας διδάσκει η συνεργατική φύση της επιστημονικής έρευνας;

– Η κατανόηση του πώς λειτουργούν οι άνθρωποι είναι εξίσου σημαντική με την κατανόηση της λειτουργίας του κόσμου. Μία συζήτηση ανθρώπων, στην οποία ο καθένας φέρνει στο τραπέζι τη δική του διαφορετική γνώση, μπορεί να οδηγήσει είτε στη συνένωση της γνώσης, είτε στην απομόνωσή της.

Οι διαδικτυακές συζητήσεις για παράδειγμα είναι φρικτές. Διαβάζεις ένα άρθρο και μετά βλέπεις μία λίστα σχολίων, τα οποία γίνονται όλο και πιο επιθετικά. Σε αυτές τις συζητήσεις δεν υπάρχει ίχνος του: «ας διαχωρίσουμε τα ζητήματα, ας διαπιστώσουμε τι καταλαβαίνουμε και τι όχι, ας δούμε πού έχουμε πληθώρα αποδείξεων και πού όχι». Δεν υφίσταται κάποιος τρόπος οργάνωσης της συζήτησης ώστε οι άνθρωποι να σκεφτούν σοβαρά τα προβλήματα. Σαν αποτέλεσμα, εκείνος που ακούγεται πιο απόλυτα βέβαιος για τον εαυτό του, είναι εκείνος που παίρνει τελικά τον έλεγχο της συζήτησης.

– Ποια είναι τα αποτελέσματα τέτοιων συζητήσεων;

– Τα προβλήματα που προκύπτουν είναι δύο. Το πρώτο είναι ότι δημιουργείται πόλωση. Οι άνθρωποι καταλήγουν να συζητούν μόνο με τη δική τους ομάδα και να συμφωνούν όλο και πιο βίαια με τους ομοϊδεάτες τους.

Το δεύτερο πρόβλημα είναι ότι δεν γεννιούνται ενδιαφέρουσες νέες ιδέες, γιατί ο ένας παγιδεύεται στο «νησί» των δικών του ιδεών και ο άλλος στο διαφορετικό δικό του νησί. Ισως όμως να υπάρχει ένα άλλο, σπουδαίο νησί, σε κάποιο άλλο μέρος, το οποίο, εάν γίνει κάποια συζήτηση μεταξύ των δύο, να μπορέσουν τελικά να το ανακαλύψουν. Ισως στην πραγματικότητα να υπάρχει μία καλύτερη λύση που δεν έχουμε εξερευνήσει ακόμα.

http://www.kathimerini.gr/825082/article/epikairothta/episthmh/to-sympan-pantote-epifylassei-ekplh3eis

Χαρτογράφηση του σύμπαντος για τη μελέτη της σκοτεινής ενέργειας.

Το τελικό «πράσινο φως» από την αμερικανική κυβέρνηση πήρε το DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), ένα αστρονομικό όργανο το οποίο σχεδιάστηκε για να φέρει στο «φως» τον ρόλο που έχει παίξει η σκοτεινή ενέργεια στα διάφορα στάδια εξέλιξης του σύμπαντος.

Γι’ αυτό τον σκοπό, το DESI θα εγκατασταθεί το 2018 στο τηλεσκόπιο Mayall, στο Εθνικό Παρατηρητήριο Kitt Peak στην Αριζόνα, ώστε να καταγράψει με πρωτόγνωρη ακρίβεια το φάσμα εκπομπής από περισσότερους από 30 εκατομμύρια γαλαξίες και δεδομένα.

Από αυτά τα δεδομένα, θα προκύψει ο μεγαλύτερος τρισδιάστατης χάρτης του «κόσμου» που έχει γίνει ποτέ, ώστε να εξακριβωθεί η επίδραση που έχει η σκοτεινή ενέργεια στην ιστορία του σύμπαντος.

Το όργανο θα μελετήσει το φάσμα ουράνιων σωμάτων που βρίσκονται σε απόσταση έως και 12 δισεκατομμύρια έτη φωτός, κάτι που σημαίνει πως το φως τους χρειάστηκε 12 δισεκατομμύρια χρόνια για να φτάσει στη Γη.

Λόγω της διαστολής του σύμπαντος, το φως άλλαζε σταδιακά χρώμα καθώς διαδιδόταν στο διάστημα όλο αυτό το χρονικό διάστημα, με συνέπεια το μήκος κύματός του να προσεγγίζει ολοένα περισσότερο αυτό του κόκκινου χρώματος.

Το φαινόμενο αυτό που ονομάζεται «μετατόπιση προς το ερυθρό» αποτελεί επομένως μία ένδειξη του βαθμού διαστολής του σύμπαντος. Έτσι, μετρώντας τη μετατόπιση προς το ερυθρό όλων αυτών των αντικειμένων, το DESI θα αποκαλύψει πώς επηρέασε τη συμπαντική διαστολή η σκοτεινή ενέργεια, αντισταθμίζοντας τη βαρύτητα.

Οι κοσμολόγοι γνωρίζουν με βεβαιότητα ότι η γέννηση του Σύμπαντος τοποθετείται πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια, από έναν «κοσμικό σπόρο» τεράστιας πυκνότητας που άρχισε να διαστέλλεται.

Αστρονομικές παρατηρήσεις έχουν επίσης δείξει πως, περίπου 9 δισεκατομμύρια έτη αργότερα, η διαστολή άρχισε να αυξάνεται με επιταχυνόμενο ρυθμό.

Αυτή η επιτάχυνση αποδίδεται από τους επιστήμονες στη σκοτεινή ενέργεια, μία απωστική δύναμη άγνωστης μέχρι σήμερα φύσης. Συνεπώς, η ιστορία του σύμπαντος έχει καθορισθεί από τη δράση της σκοτεινής ενέργειας σε συνδυασμό με τη βαρύτητα, η οποία τείνει να το συρρικνώσει.

Η επεξεργασία των δεδομένων από το DESI θα γίνει από μία επιστημονική ομάδα 200 φυσικών και αστρονόμων, με επικεφαλής το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley.

Σύμφωνα με τον Ντάνιελ Αϊζενστάιν, από το πανεπιστήμιο Χάρβαρντ που επίσης συμμετέχει στο πρότζεκτ, στόχος του DESI είναι να χρησιμοποιηθεί το αποτύπωμα των ακουστικών κυμάτων από την εποχή που το σύμπαν είχε ηλικία 400.000 χρόνια.

Το αποτύπωμα είναι σήμερα ανιχνεύσιμο στις θερμοκρασιακές διαφοροποιήσεις στη μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, δηλαδή το υπόλειμμα από τη Μεγάλη Έκρηξη που «γέννησε» το Σύμπαν.

Με τη μέτρηση των μεταβολών της θερμοκρασίας, οι επιστήμονες θα μπορέσουν επομένως να μελετήσουν τα βαρυονικά ακουστικά κύματα (ΒΑΟ), όπως ονομάζονται, αξιοποιώντας τα για τη μέτρηση της επίδρασης της σκοτεινής ενέργειας στη συμπαντική διαστολή.

Με βάση τον Αϊζενστάιν, με το DESI θα μπορέσει επίσης να αντιπαραβληθεί με περισσότερα παρατηρησιακά δεδομένα η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, το μοντέλο για τον τρόπο λειτουργίας της βαρύτητας που διατύπωσε πριν από 100 χρόνια ο Αϊνστάιν.

Παράλληλα, το όργανο αυτό θα επιτρέψει τον καλύτερο υπολογισμό της μάζας των κοσμικών νετρίνων, όπως και τη σύγκριση διάφορων μοντέλων για την εποχή του πληθωρισμού του σύμπαντος, δηλαδή την εποχή της απότομης διαστολής στην οποία χρωστά ο «κόσμος» μας την ομοιογένειά του.

http://www.naftemporiki.gr/story/1006625/xartografisi-tou-sumpantos-gia-ti-meleti-tis-skoteinis-energeias

Πρώην κατασκοπευτικός δορυφόρος στο «κυνήγι» της σκοτεινής ενέργειας.

Μέσα στη φετινή χρονιά θα ξεκινήσει η NASA τη μετατροπή ενός δορυφόρου των αμερικανικών ενόπλων δυνάμεων σε πανίσχυρο διαστημικό τηλεσκόπιο. Στόχος των υπεύθυνων της διαστημικής υπηρεσίας είναι ο δορυφόρος NRO-1, ο οποίος σχεδιάσθηκε αρχικά για κατασκοπευτικές επιχειρήσεις, να βρεθεί σε 9 χρόνια σε τροχιά γύρω από τη Γη, ώστε να αρχίσει να συγκεντρώνει για τους επιστήμονες πολύτιμα δεδομένα σχετικά με τη φύση και τις ιδιότητες της σκοτεινής ενέργειας.

Ο NRO-1 προοριζόταν αρχικά για το Εθνικό Γραφείο Αναγνώρισης (National Reconnaissance Office, NRO), το οποίο μαζί με τις CIA και NSA συγκαταλέγεται στις σημαντικότερες υπηρεσίες πληροφοριών των ΗΠΑ. Ωστόσο, παρόλο που κατασκευάσθηκε για να εγκαινιάσει την επόμενη «γενιά» κατασκοπευτικών δορυφόρων, το 2012 το Γραφείο έκρινε πως δεν του ήταν απαραίτητος και αποφάσισε να τον δωρίσει στη διαστημική υπηρεσία.

Μια επιστημονική επιτροπή εξέτασε το αναπάντεχο… δώρο, καταλήγοντας στο συμπέρασμα πως, με ελάχιστες παρεμβάσεις, θα μπορούσε να μετατραπεί σε ένα πολύτιμο διαστημικό τηλεσκόπιο. Μάλιστα, οι τεχνικές του προδιαγραφές επέτρεπαν την έρευνα της σκοτεινής ύλης, κάτι που σήμαινε πως θα γλίτωνε εκατομμύρια δολάρια στη NASA, στην περίπτωση που η υπηρεσία αποφάσισε να κατασκευάσει έναν δορυφόρο για αυτόν ακριβώς τον σκοπό.

Έτσι προέκυψε το πρότζεκτ Wide-Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), στα πλαίσια του οποίου ο NRO-1 θα «μεταμορφωθεί» σε επιστημονικό εργαλείο, παίρνοντας το όνομα του προγράμματος.

Οι απαραίτητες παρεμβάσεις στον εξοπλισμό του θα ξεκινήσουν φέτος, και όχι από το 2017 όπως προβλεπόταν αρχικά, χάρις στην αυξημένη χρηματοδότηση που ενέκρινε για την τρέχουσα χρονιά το Κογκρέσο για τη NASA.

Αν και το WFIRST και κάτοπτρο 2,4 μέτρων, όσο και το τηλεσκόπιο Hubble, διαθέτει πολύ μεγαλύτερο «οπτικό πεδίο» και είναι εξοπλισμένο με συστήματα προσαρμοστικής οπτικής. Κατά συνέπεια, η διακριτική του ικανότητα θα είναι 100πλάσια από του Hubble, αποτυπώνοντας σε μία μόνο εικόνα εκατομμύρια γαλαξίες.

Η διαστημική υπηρεσία εκτιμά πως η αποστολή του WFIRST θα διαρκέσει έξι χρόνια. Ένα χρονικό διάστημα που, σύμφωνα με την ίδια, θα είναι αρκετό για να συλλεχθούν στοιχεία για περίπου 400 εκατομμύρια γαλαξίες. Επίσης, θα καταφέρει να καταγράψει εκατοντάδες «αρχαίους» γαλαξίες, οι οποίοι δημιουργήθηκαν μόλις 500 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

Με αυτά τα δεδομένα, οι επιστήμονες ελπίζουν πως θα μπορέσουν να ρίξουν «φως» στη σκοτεινή ενέργεια, δηλαδή τη μυστηριώδη δύναμη που είναι υπεύθυνη για την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος. Παρόλο που οι επιστήμονες έχουν υπολογίσει πως η σκοτεινή ενέργεια αντιστοιχεί στο 68% της μάζας-ενέργειας του σύμπαντος, μέχρι σήμερα δεν έχουν κανένα απτό στοιχείο για τη φύση και τα «συστατικά» της.

Παράλληλα, το τηλεσκόπιο θα διαθέτει ένα όργανο που θα του επιτρέπει να αποτυπώσει απευθείας όσους αέριους-γίγαντες πλανήτες εντοπίσει γύρω από αστέρες. Με αυτό τον τρόπο, κατά τη διάρκεια της αποστολής του, αναμένεται να εντοπίσει 2.600 εξωπλανήτες.

http://www.naftemporiki.gr/story/1053101/proin-kataskopeutikos-doruforos-sto-kunigi-tis-skoteinis-energeias

Οι υπερυπολογιστές «όπλο» για την εξιχνίαση της σκοτεινής ενέργειας στο σύμπαν.

Εκτός από τις κορυφές απόμερων βουνών, και τα τηλεσκόπια που βρίσκονται εγκατεστημένα σε αυτές, ολοένα περισσότερο τα τελευταία χρόνια το «κυνήγι» της σκοτεινής ενέργειας «περνά» και από ψυχρές αίθουσες όπου φιλοξενούνται μερικοί από τους πλέον σύγχρονους υπερυπολογιστές.

Ο λόγος είναι πως σε τέτοια πανίσχυρα μηχανήματα δίνουν τη δυνατότητα στους επιστήμονες να ελέγξουν τις θεωρίες τους σχετικά με τη φύση της σκοτεινής ενέργειας, «τρέχοντας» μαθηματικά μοντέλα που προσομοιώνουν την εξέλιξη του σύμπαντος αν ίσχυαν αυτές τις θεωρίες. Έτσι, συγκρίνοντας το αποτέλεσμα αυτών των εικονικών πειραμάτων με την πραγματική εικόνα του «κόσμου», μπορούν να διαπιστώσουν κατά πόσο έχουν βάση οι υποθέσεις τους.

«Καθώς είναι άγνωστη η φύση της σκοτεινής ενέργειας, όταν αναλύουμε παρατηρησιακά δεδομένα για το σύμπαν, δεν ξέρουμε ποιο είναι το μοντέλο ερμηνείας τους», αναφέρει στην ηλεκτρονική έκδοση του αμερικανικού περιοδικού Cosmos η Κάτριν Χάιτμαν, φυσικός από το Εθνικό Εργαστήριο Argonne στις ΗΠΑ.

«Σε μια προσομοίωση όμως σε υπερυπολογιστή, ξέρουμε σε ποιο μοντέλο έχει αυτή βασισθεί, με συνέπεια να μπορούμε να το συσχετίσουμε με τις πραγματικές μετρήσεις», συμπληρώνει.

Οι κοσμολόγοι γνωρίζουν με βεβαιότητα ότι η γέννηση του Σύμπαντος τοποθετείται πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια, από έναν «κοσμικό σπόρο» τεράστιας πυκνότητας που άρχισε να διαστέλλεται. Αστρονομικές παρατηρήσεις έχουν επίσης δείξει πως, περίπου 9 δισεκατομμύρια έτη αργότερα, η διαστολή άρχισε να αυξάνεται με επιταχυνόμενο ρυθμό.

Η επιτάχυνση αποδίδεται από τους επιστήμονες στη σκοτεινή ενέργεια, η οποία δρα αντίθετα από τη βαρύτητα. Ωστόσο, παραμένει ακόμη μυστήριο το κατά πόσο πίσω από αυτό τον όρο κρύβεται μία σταθερή πυκνότητα ενέργειας που κατακλύζει ομογενώς τον χώρο, όπως είχε προτείνει ο Αϊνστάιν πριν από 100 χρόνια, ή κάποιο άλλο φυσικό φαινόμενο.

Μαζί με συναδέλφους της, η Χάιτμαν έχει δημιουργήσει ένα κοσμολογικό υπολογιστικό μοντέλο για τη δομή και την εξέλιξη του σύμπαντος. Το μοντέλο αυτό μπορεί να «τρέξει» σε μηχανήματα με εκατοντάδες χιλιάδες επεξεργαστές, ώστε να πραγματοποιούν τρισεκατομμύρια υπολογισμούς κάθε δευτερόλεπτο.

Η ομάδα του εργαστηρίου ολοκλήρωσε πρόσφατα μία προσομοίωση των πρώτων 13 δισεκατομμυρίων ετών της «ιστορίας» του σύμπαντος. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης θα διατεθούν σε όλους τους κοσμολόγους που δεν έχουν πρόσβαση σε κάποιον υπερυπολογιστή.

Επίσης, θα χρησιμοποιηθούν για να δημιουργηθούν εργαλεία ανάλυσης των δεδομένων που θα προκύψουν από το τηλεσκόπιο LSST (Large Synoptic Survey Telescope), το οποίο θα ξεκινήσει να λειτουργεί στη Χιλή από το 2022. Για 10 χρόνια, το LSST θα χαρτογραφήσει δισεκατομμύρια αστέρες και γαλαξίες, εξασφαλίζοντας έτσι στους επιστήμονες στοιχεία για τη λειτουργία της σκοτεινής ενέργειας.

Οι υπερυπολογιστές είναι εξαιρετικά πολύτιμοι για τη μελέτη της σκοτεινής ενέργειας, επειδή αυτή η «εξωτική» μορφή ενέργειας δρα σε γαλαξιακές κλίμακες. Αντίθετα η σκοτεινή ύλη, που επίσης είναι άγνωστη, θα μπορούσε ενδεχομένως να δημιουργηθεί και σε επιταχυντές σωματιδίων.

http://www.naftemporiki.gr/story/1059538/oi-uperupologistes-oplo-gia-tin-eksixniasi-tis-skoteinis-energeias-sto-sumpan

Προσομοίωση του σύμπαντος υπόσχεται να «φωτίσει» τη σκοτεινή ενέργεια.

Επιστήμονες από τα πανεπιστήμια της Γενεύης και της Νότιας Αφρικής δημιούργησαν την πιο ακριβή μέχρι σήμερα προσομοίωση της διαστολής του σύμπαντος.

Η προσομοίωση για πρώτη φορά επιτρέπει στους ερευνητές να συμπεριλάβουν την επίδραση των βαρυτικών κυμάτων, δηλαδή των διαταραχών που διαδίδονται στο χωροχρονικό συνεχές και προκαλούνται από την κίνηση ουράνιων σωμάτων μεγάλης μάζας.

Έτσι, ελπίζουν πως θα μπορέσουν να κατανοήσουν τον ρόλο της σκοτεινής ενέργειας, της μυστηριώδους απωστικής δύναμης η οποία έχει υπερνικήσει τη βαρύτητα σε κοσμική κλίμακα, με συνέπεια το σύμπαν να διαστέλλεται με επιταχυνόμενο ρυθμό.

Ενώ υπάρχουν ήδη αρκετές προσομοιώσεις της συμπαντικής εξέλιξης, κατά κανόνα βασίζονται στη νευτώνεια περιγραφή της βαρύτητας. Σε αυτή την περίπτωση, αντίθετα, το μοντέλο έχει δημιουργηθεί με βάση τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν.

Η ομάδα περιγράφει το μοντέλο σε άρθρο της στο επιστημονικό περιοδικό Nature Physics. Σύμφωνα με τον δρα Ζιλιάν Ανταμέκ, μέλος της επιστημονικής ομάδας ο οποίος την εποχή συγγραφής του άρθρου εργαζόταν στο πανεπιστήμιο της Γενεύης, η αξιοποίηση της Γενικής Σχετικότητας δίνει εντελώς νέες δυνατότητες. «Μπορεί κανείς να παρατηρήσει την παράσυρση χώρου λόγω της κίνησης μίας μάζας ή τον τρόπο που ένα ουράνιο σώμα δημιουργεί βαρυτικά κύματα», σημειώνει στη εφημερίδα Guardian.

Βέβαια, σε μεγάλη κλίμακα, η εικόνα που προκύπτει από το συγκεκριμένο μοντέλο δεν διαφέρει από τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων που βασίζονται στη νευτώνεια περιγραφή της βαρύτητας. Κάτι που ήταν αναμενόμενο άλλωστε, αφού έχει φανείς πως αυτές οι προσομοιώσεις είναι αρκετά ακριβείς.

Ωστόσο, το νέο εργαλείο προχωρά ακόμη μακρύτερα. Κι αυτό γιατί για πρώτη φορά επιτρέπει τον υπολογισμό των μικρών αποκλίσεων από τη νευτώνεια βαρύτητα.

Στο άρθρο τους, η ομάδα επισημαίνει πως το νέο μοντέλο θα επιτρέψει στους φυσικούς και τους κοσμολόγους να μελετήσουν πιο εξονυχιστικά τη σκοτεινή ενέργεια, δηλαδή την άγνωστη αιτία της επιταχυνόμενης διαστολής του σύμπαντος. Ο λόγος είναι πως οι επιστήμονες θα μπορέσουν να δοκιμάσουν μέσω της προσομοίωσης διάφορα σενάρια για τη φύση της σκοτεινής ενέργειας.

Μάλιστα, η προσομοίωση αναμένεται να γίνει ακόμη πιο χρήσιμη, όταν σε αυτήν προστεθούν νέα αστρονομικά δεδομένα από διαστημικές αποστολές όπως ο δορυφόρος Euclid της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας διαστήματος, που θα καταγράψουν τις κοσμικές δομές του σύμπαντος με μεγαλύτερη ακρίβεια.

http://www.naftemporiki.gr/story/1077560/prosomoiosi-tou-sumpantos-uposxetai-na-fotisei-ti-skoteini-energeia

Νέες μετρήσεις περιπλέκουν τον «γρίφο» της σκοτεινής ενέργειας στο σύμπαν.

Στη δύση της τελευταίας δεκαετίας του 20ού αιώνα, ο αστροφυσικός Άνταμ Ρις προξένησε σάλο στην ερευνητική κοινότητα, όταν μαζί με συναδέλφους του απέδειξε πως το σύμπαν διαστέλλεται με επιταχυνόμενο ρυθμό.

Στην ανακάλυψη αυτή, για την οποία ο ίδιος κέρδισε το Νόμπελ φυσικής το 2011, χρωστά τη «γέννηση» της η σκοτεινή ενέργεια – μία άγνωστη απωστική δύναμη που υπέθεσαν οι επιστήμονες ότι δρα στο σύμπαν και στην οποία απέδωσαν την επιταχυνόμενη διαστολής.

Το μυστήριο της σκοτεινής ενέργειας δεν λύθηκε στα χρόνια που μεσολάβησαν από τότε, αφού προς το παρόν μόνο θεωρίες υπάρχουν για τη φύση της. Μάλιστα, τώρα ο Ρις έρχεται να κάνει την αινιγματική σκοτεινή ενέργεια ακόμη πιο μυστηριώδη αφού, όπως υποστηρίζει, νέες μετρήσεις του δείχνουν πως το σύμπαν διαστέλλεται ταχύτερα από το αναμενόμενο.

Πιο συγκεκριμένα, ο ερευνητής από Ινστιτούτο Επιστημών Διαστημικών Τηλεσκοπίων στη Βαλτιμόρη υπολόγισε με την ομάδα του τον ρυθμό συμπαντικής διαστολής, ο οποίος ονομάζεται σταθερά του Χαμπλ, και την τιμή που έπρεπε να είχε η σταθερά στο «νεαρό» σύμπαν.

Βρίσκοντας πως οι δύο τιμές αποκλίνουν κατά 8%, αυτό σημαίνει πως είτε έχει γίνει κάποιο λάθος στους υπολογισμούς, είτε ότι η σκοτεινή ενέργεια συμπεριφέρεται διαφορετικά απ’ ό,τι εκτιμούσαν μέχρι σήμερα οι επιστήμονες.

Η μελέτη του Ρις βρίσκεται σε συμφωνία με παλιότερες ανάλογες έρευνες, τις οποίες επομένως επιβεβαιώνει.

«Το συμπέρασμα είναι πως το σύμπαν φαίνεται να επιταχύνεται κατά 8% ταχύτερα από αυτό που θα αναμέναμε, με βάση στοιχεία για την πρώιμη φάση του και τον τρόπο που προβλέπουμε πως θα εξελισσόταν», λέει ο ίδιος στο περιοδικό Scientific American. «Πρέπει να το λάβουμε πολύ σοβαρά υπ' όψιν μας».

Το άρθρο της ομάδας, το οποίο υποβλήθηκε την προηγούμενη εβδομάδα στο περιοδικό Astrophysical Journal, αναθερμαίνει όλες τις πιθανές εκδοχές για τη φύση της σκοτεινής ενέργειας.

Οι περισσότερες παρατηρήσεις ενισχύουν την υπόθεση της «κοσμολογικής σταθεράς», ενός όρου που επινόησε ο Άλμπερτ Αϊνστάιν.

Σύμφωνα με αυτή την υπόθεση, η σκοτεινή ενέργεια δημιουργείται από τον κενό χώρο ο οποίος, σύμφωνα με την κβαντική φυσική, στην πραγματικότητα δεν είναι κενός, αλλά γεμάτος από «εικονικά» σωματίδια και αντισωματίδια, τα οποία δημιουργούνται αυθόρμητα και πολύ γρήγορα επανασυνδέονται για να εξαϋλωθούν.

Με δεδομένο πως αυτά τα «εικονικά» σωματίδια έχουν ενέργεια, ενδεχομένως είναι υπεύθυνα για αυτή την απωστική δύναμη, με άλλα λόγια την αρνητική βαρύτητα, που διαστέλλει στο σύμπαν με επιταχυνόμενη ταχύτητα.

Η απόκλιση όμως που υπολόγισε ο Ρις με τους συνεργάτες του αφήνει ανοικτό το ενδεχόμενο η σκοτεινή ενέργεια να μην είναι σταθερή, αλλά να μεταβάλλεται τόσο χρονικά όσο και από σημείο σε σημείο.

Μία τέτοια θεωρία αποδίδει τη σκοτεινή ενέργεια ως «πεμπτουσία», υποστηρίζοντας πως δεν προέρχεται από τον κενό χώρο αλλά από ένα πεδίο που κατακλύζει τον χωρόχρονο και μπορεί να μεταβάλλεται τοπικά.

Όπως οι παραπάνω υποθέσεις, έτσι και τα υπόλοιπα σενάρια για τη σκοτεινή ενέργεια θα άνοιγαν νέους δρόμους για τους επιστήμονες.

Παρ’ όλα αυτά, όσο κι αν η ασυμφωνία των δύο τιμών υπόσχεται μία νέα «σελίδα» για τη φυσική, οι επιστήμονες υποστηρίζουν πως το πρώτο που θα πρέπει να εξετασθεί είναι αν αυτή οφείλεται σε κάποιο σφάλμα στις μετρήσεις.

«Μήπως υπάρχει κάτι στην κοσμολογία που δεν το καταλαβαίνουμε, ή μήπως υπάρχει κάποιο πρόβλημα με τα δεδομένα;», αναρωτιέται στο Scientific American ο Τσαρλς Μπενετ από το πανεπιστήμιο Τζονς Χόπκινς.

«Μπορεί το πρώτο ενδεχόμενο να είναι πιο σημαντικό, προσωπικά όμως πιστεύω πως το δεύτερο συγκεντρώνει περισσότερες πιθανότητες».

http://www.naftemporiki.gr/story/1094237/nees-metriseis-periplekoun-ton-grifo-tis-skoteinis-energeias-sto-sumpan

Η παραβίαση θεμελιώδους νόμου της φυσικής πιθανόν εξηγεί τη σκοτεινή ενέργεια στο σύμπαν.

Στη «χειρότερη πρόβλεψη στην ιστορία της φυσικής», όπως συχνά αποκαλείται η ασυμφωνία ανάμεσα στην πειραματική τιμή και τη θεωρητική εκτίμηση για τη σκοτεινή ενέργεια, υποστηρίζουν πως δίνουν τέλος επιστήμονες από τη Γαλλία και το Μεξικό, με την πρόταση που διατύπωσαν.

Οι φυσικοί περιγράφουν στο πρόσφατο περιοδικό Physical Review Letters την υπόθεσή τους, σύμφωνα με την οποία το πρόβλημα της κοσμολογικής σταθεράς, όπως ονομάζεται αυτή η ασυμφωνία, οφείλεται στην παραβίαση της αρχής διατήρησης της ενέργειας στο πρώιμο σύμπαν.

Με τον όρο σκοτεινή ενέργεια, οι επιστήμονες αποδίδουν την άγνωστη έως σήμερα αιτία που προκαλεί τη διαστολή του σύμπαντος, και μάλιστα με επιταχυνόμενο ρυθμό. Η κοσμολογική σταθερά αποτελεί μία από τις επικρατούσες θεωρίες για την εξήγησή της, προτείνοντας ότι η σκοτεινή ενέργεια δημιουργείται από τον κενό χώρο ο οποίος, σύμφωνα με την κβαντική φυσική, στην πραγματικότητα δεν είναι κενός, αλλά γεμάτος από «εικονικά» σωματίδια και αντισωματίδια, τα οποία δημιουργούνται αυθόρμητα και επανασυνδέονται πολύ γρήγορα, για να εξαϋλωθούν.

Ωστόσο, ο πραγματικός ρυθμός της συμπαντικής διαστολής δεν πλησιάζει καν την τιμή που προκύπτει με βάση την κοσμολογική σταθερά. Για την ακρίβεια, η απόκλιση είναι τεράστια, αγγίζοντας τις 120 τάξεις μεγέθους.

Σύμφωνα ωστόσο με τους συντάκτες του άρθρου στο Physical Review Letters, το χάσμα μπορεί να γεφυρωθεί αν στο «νεαρό» σύμπαν παραβιάστηκε η αρχή διατήρησης της ενέργειας. Οι παραβιάσεις αυτές θα μπορούσαν να είναι τόσο μικρές που είχαν αμελητέα επίδραση σε τοπική κλίμακα, την ίδια στιγμή όμως που επηρέασαν σημαντικά την τιμή που έχει σήμερα η κοσμολογική σταθερά.

Συντάκτες του άρθρου είναι οι Τιμπό Σοζέ και Αλεχάνδρο Πέρεζ από το πανεπιστήμιο της Εξ-Μαρσέιγ στη Γαλλία και ο Ντάνιελ Σουντάρκσι από το Εθνικό Αυτόνομο Πανεπιστήμιο του Μεξικό.

Ανάμεσα στα σενάρια παραβιάσεων της διατήρησης της ενέργειας, που εξέτασαν στη μελέτη τους, είναι τροποποιήσεις της κβαντικής θεωρίας που έχουν προταθεί στο παρελθόν, για την εξήγηση φαινομένων όπως η δημιουργία και η «εξάτμιση» των μελανών οπών. Σε τέτοιες περιπτώσεις, παράγεται ποσότητα ενέργειας που είναι ανάλογη με το αντικείμενο που «καταρρέει».

Όποια κι αν ήταν η αιτία παραβίασης της διατήρησης της ενέργειας, το σημαντικό αποτέλεσμα θα ήταν πως η ενέργεια που «προστέθηκε» ή «χάθηκε» από το σύμπαν επηρέαζε ολοένα περισσότερο με την πάροδο του χρόνου την κοσμολογική σταθερά. Την ίδια στιγμή, η όποια επίδραση στην ύλη μειωνόταν προοδευτικά, λόγω της διαστολής του σύμπαντος.

Με άλλα λόγια, όπως εξηγούν οι φυσικοί στο άρθρο τους, είναι σαν η κοσμολογική σταθερά να είναι το ιστορικό της μη διατήρησης της ενέργειας κατά τη διάρκεια της «ζωής» του σύμπαντος.

http://www.naftemporiki.gr/story/1196924/i-parabiasi-themeliodous-nomou-tis-fusikis-pithanon-eksigei-ti-skoteini-energeia-sto-sumpan

Σκοτεινή ενέργεια και ταχύτητα διάδοσης βαρυτικών κυμάτων.

Το περασμένο αιώνα ο Edwin Hubble απέδειξε ότι το σύμπαν διαστέλλεται. Και δυο χρόνια πριν μπούμε στον 21ο αιώνα, το 1998, οι Saul Perlmutter, Brian Schmidt και Adam Riess, με την παρατήρηση των σουπερνόβα τύπου Ιa (βραβείο Nobel φυσικής 2011), απέδειξαν ότι σύμπαν όχι μόνο διαστέλλεται, αλλά διαστέλλεται με επιταχυνόμενο ρυθμό.

Οι εξισώσεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας μπόρεσαν να περιγράψουν την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος με την (επανα)εισαγωγή της κοσμολογικής σταθεράς Λ, στην οποία αποδίδεται η σκοτεινή ενέργεια.

Φυσικοί από το Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου, προτείνουν έναν πειραματικό τρόπο ελέγχου της θεωρίας βαρύτητας του Αϊστάιν με την κοσμολογική σταθερά: αρκεί να ελεγχθεί η ταχύτητα διάδοσης της βαρύτητας στο σύμπαν.

Οι θεωρητικοί υπολογισμοί τους δείχνουν ότι τα βαρυτικά κύματα μπορεί να κρατούν το «κλειδί».

Αν αυτά βρεθούν να ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός, όπως δείχνουν οι μέχρι σήμερα έμμεσες μετρήσεις, τότε θα αποκλειστούν οι εναλλακτικές θεωρίες χωρίς σκοτεινή ενέργεια. Και θα επιβεβαιωθεί επίσης η κοσμολογική σταθερά του Αϊνστάιν.

Αν, ωστόσο, η ταχύτητα διάδοσης των βαρυτικών κυμάτων διαφέρει από την ταχύτητα διάδοσης του φωτός, τότε η θεωρία του Αϊνστάιν πρέπει να αναθεωρηθεί.

Το πείραμα μέτρησης της ταχύτητας των βαρυτικών κυμάτων θα μπορούσε να γίνει πραγματικότητα χρσησιμοποιώντας τους ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory ) στις ΗΠΑ. Οι δίδυμοι ανιχνευτές LIGO στο Hanford (Washington) και στο Livingston (Louisiana), βρίσκονται σε απόσταση 3000 χιλιόμετρα μεταξύ τους και το 2015 ανίχνευσαν για πρώτη φορά βαρυτικά κύματα.

Οι ανιχνευτές LIGO θα μπορούσαν να δώσουν την απάντηση ακόμα και μέσα στο 2017, ακριβώς 100 χρόνια από την εισαγωγή της κοσμολογικής σταθεράς του Αϊνστάιν.

https://physicsgg.me/2017/02/10/%cf%83%ce%ba%ce%bf%cf%84%ce%b5%ce%b9%ce%bd%ce%ae-%ce%b5%ce%bd%ce%ad%cf%81%ce%b3%ce%b5%ce%b9%ce%b1-%ce%ba%ce%b1%ce%b9-%cf%84%ce%b1%cf%87%cf%8d%cf%84%ce%b7%cf%84%ce%b1-%ce%b4%ce%b9%ce%ac%ce%b4%ce%bf/

Αναζητώντας σωματίδια σκοτεινής ενέργειας στον LHC.

Πριν από 20 χρόνια οι φυσικοί συνειδητοποίησαν ότι το σύμπαν, δεν διαστέλλεται απλά, αλλά διαστέλλεται με έναν επιταχυνόμενο ρυθμό. Το αίτιο στο οποίο οφείλεται αυτή η επιταχυνόμενη διαστολή ονομάστηκε σκοτεινή ενέργεια, γιατί δεν είχαν ιδέα περί τίνος πρόκειται.

Μπορεί να μην υπάρχει – προς το παρόν – καμία θεωρητική ερμηνεία για το τι είναι η σκοτεινή ενέργεια, το γεγονός όμως ότι το σύμπαν διαστέλλεται επιταχυνόμενα αποτελεί πλέον αναμφισβήτητο δεδομένο των αστρονομικών παρατηρήσεων. Αλλά δεν αρκούν μόνο αυτές. Χρειάζονται περισσότερες πληροφορίες για να κατανοήσουμε τι είναι η σκοτεινή ενέργεια.

Ο Σπυρίδων Αργυρόπουλος, ένας μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Τμήμα Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου της Αϊόβα έδειξε το πώς οι φυσικοί θα μπορούσαν να ψάξουν σχετικά με την σκοτεινή ενέργεια χρησιμοποιώντας τους σωματιδιακούς ανιχνευτές του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN. Συνεργαζόμενος με ερευνητές του ανιχνευτή ATLAS στον LHC, ο Αργυρόπουλος έθεσε κάποια όρια ή περιορισμούς , για το πώς οι φυσικοί θα μπορούσαν να εντοπίσουν στα δεδομένα του LHC σημάδια της σκοτεινής ενέργειας.

Σύμφωνα με τον Αργυρόπουλο, η καινοτομία της έρευνά τους είναι ότι κανείς άλλος δεν έψαξε κάτι παρόμοιο σε δεδομένα επιταχυντών. Από τώρα και στο εξής, οι ερευνητές που ενδιαφέρονται για την σκοτεινή ενέργεια θα πρέπει να έχουν κατά νου ότι και τα δεδομένα από τις συγκρούσεις των επιταχυντών θα μπορούσαν να εξηγήσουν τι είναι η σκοτεινή ενέργεια.

Πριν από δυο χρόνια Ευρωπαίοι ερευνητές είχαν προτείνει μια μέθοδο ανίχνευσης της σκοτεινής ενέργειας. Υποστήριξαν ότι σωματίδια σκοτεινής ενέργειας θα μπορούσαν να δημιουργηθούν σε συγκρούσεις εξαιρετικά μεγάλης ενέργειας όπου παράγονται τα βαρέα σωματίδια που ονομάζονται κορυφαία κουάρκ.

Ο Αργυρόπουλος βασιζόμενος σ’ αυτή την έρευνα, σχεδίασε πειράματα που θα μπορούσαν να διαπιστώσουν αν ήταν δυνατή η ανίχνευση της σκοτεινής ενέργειας στις συγκρούσεις σωματιδίων στον LHC. Σε συνεργασία με φυσικούς της ομάδας του ανιχνευτή ATLAS – έναν από τους δυο βασικούς ανιχνευτές στον LHC – πραγματοποιήθηκε μια σειρά από συγκρούσεις σωματιδίων για να καθοριστούν οι συνθήκες στις οποίες τα σωματίδια της σκοτεινής ενέργειας θα μπορούσαν να ανιχνευθούν.

Σύμφωνα με τον Αργυρόπουλο, το βασικό πράγμα που περιμένει κανείς να δει ψάχνοντας για σκοτεινή ενέργεια είναι η … έλλειψη ενέργειας. Το μοντέλο έδειχνε ότι στο πιο πιθανό σενάριο, η παρατήρηση της χαμένης ενέργειας εμφανίζεται σε συνδυασμό με την παραγωγή κορυφαίων κουάρκ ή άλλων σωματιδίων με υψηλή ενέργεια. Έτσι, αναζητήθηκαν γεγονότα με πολύ ενεργητικά σωματίδια και έλλειψη ενέργειας ή γεγονότα με βαριά κουάρκ και έλλειψη ενέργειας.

Η ομάδα μπορεί να μην βρήκε ενδείξεις σκοτεινής ενέργειας, καθόρισε όμως τα όρια για μελλοντικά πειράματα. Αυτό που μπορούμε να πούμε είναι ότι αν παράγονται σωματίδια σκοτεινής ενέργειας, θα παράγονται σε συγκρούσεις με ενέργειες πάνω από 1 TeV (=1012 eV =1.6 x 10-7 Joules).

Ο Αργυρόπουλος ανήκει στους θεωρητικούς φυσικούς που υποστηρίζουν την ιδέα ότι η σκοτεινή ενέργεια μπορεί να βρεθεί χρησιμοποιώντας επιταχυντές σωματιδίων.

Φωτογραφία οι Τρεις διαφορετικοί δρόμοι προσέγγισης της σκοτεινής ενέργειας.

https://physicsgg.me/2019/02/16/%ce%b1%ce%bd%ce%b1%ce%b6%ce%b7%cf%84%cf%8e%ce%bd%cf%84%ce%b1%cf%82-%cf%83%cf%89%ce%bc%ce%b1%cf%84%ce%af%ce%b4%ce%b9%ce%b1-%cf%83%ce%ba%ce%bf%cf%84%ce%b5%ce%b9%ce%bd%ce%ae%cf%82-%ce%b5%ce%bd%ce%ad/

Η σκοτεινή ενέργεια λύση για την «σύγκλιση» της σταθεράς του Hubble.

H διαφορά μεταξύ των δυο μεθόδων μέτρησης του ρυθμού της κοσμικής διαστολής μπορεί να επιλυθεί με την προσθήκη μιας επιπλέον μορφής σκοτεινής ενέργειας.

Ο ρυθμός με τον οποίο το σύμπαν διαστέλλεται περιγράφεται από τη σταθερά του Hubble. Πρόκειται για ένα μέγεθος που προσδιορίζεται με δυσκολία. Οι δύο μέθοδοι προσδιορισμού της σταθεράς Hubble αποκλίνουν μεταξύ τους και αυτή η απόκλιση φαίνεται να επιδεινώνεται μετά από κάθε δημοσίευση καινούργιων δεδομένων

(διαβάστε σχετικά: Πόσο γρήγορα διαστέλλεται το σύμπαν.Wink.

https://physicsgg.me/2018/01/06/%cf%80%cf%8c%cf%83%ce%bf-%ce%b3%cf%81%ce%ae%ce%b3%ce%bf%cf%81%ce%b1-%ce%b4%ce%b9%ce%b1%cf%83%cf%84%ce%ad%ce%bb%ce%bb%ce%b5%cf%84%ce%b1%ce%b9-%cf%84%ce%bf-%cf%83%cf%8d%ce%bc%cf%80%ce%b1%ce%bd/

Μια νέα θεωρία υποδεικνύει ότι η λύση θα μπορούσε να είναι η προσθήκη ενός διαφορετικού τύπου σκοτεινής ενέργειας, εξαιτίας της οποίας το σύμπαν κατά το παρελθόν επιταχύνθηκε για μικρό χρονικό διάστημα -πολύ καιρό πριν εμφανιστούν οι γαλαξίες.

Η σταθερά του Hubble μπορεί να βρεθεί «τοπικά» μετρώντας την ταχύτητα με την οποία ένα αντικείμενο (συνήθως ένας υπερκαινοφανής αστέρας) απομακρύνεται από εμάς και διαιρώντας την ταχύτητα με την απόστασή του από μας. Ένας άλλος τρόπος υπολογισμού της σταθεράς περιλαμβάνει την προέκταση των δεδομένων της κοσμικής μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου στο αρχέγονο σύμπαν.

Ενώ οι δύο τεχνικές δίνουν παρόμοιες εκτιμήσεις, οι τιμές απέχουν στατιστικά μεταξύ τους κατά 4 σίγμα.

Στους υπολογισμούς της σταθεράς Hubble από τα δεδομένα της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου, οι ερευνητές έχουν υιοθετήσει ένα «καθιερωμένο» κοσμολογικό πρότυπο, όπου η πυκνότητα της σκοτεινής ενέργειας είναι σταθερή με τον χρόνο. Για να συγκλίνουν οι δύο μέθοδοι υπολογισμού της σταθεράς του Hubble, ο φυσικός Marc Kamionkowski και οι συνεργάτες του [Early Dark Energy Can Resolve The Hubble Tension]

https://arxiv.org/abs/1811.04083

υπέθεσαν μια δεύτερη συνεισφορά στη σκοτεινή ενέργεια, προερχόμενη από ένα βαθμωτό πεδίο με χρονικά μεταβαλλόμενη ενεργειακή πυκνότητα. Εστιάζοντας σε τύπους βαθμωτών δυναμικών πεδίου, η ομάδα προσδιόρισε τις παραμέτρους αυτών των δυναμικών, που θα μπορούσαν να δώσουν την απαιτούμενη επιτάχυνση στο αρχέγονο σύμπαν, ώστε ο υπολογισμός της σταθεράς Hubble διαμέσου της κοσμικής μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου να συμφωνεί με την πρώτη μέθοδο (που χρησιμοποιεί την ταχύτητα απομάκρυνσης των αστρονομικών αντικειμένων). Οι ερευνητές συμπέραναν ότι η σύντομη επιτάχυνση του σύμπαντος εξαιτίας του βαθμωτού αυτού πεδίου θα μπορούσε να προκαλέσει ανεπαίσθητες αλλά ανιχνεύσιμες υπογραφές στην κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου, που θα μπορούσαν να παρατηρηθούν σε μελλοντικές έρευνες.

https://physicsgg.me/2019/06/05/%ce%b7-%cf%83%ce%ba%ce%bf%cf%84%ce%b5%ce%b9%ce%bd%ce%ae-%ce%b5%ce%bd%ce%ad%cf%81%ce%b3%ce%b5%ce%b9%ce%b1-%ce%bb%cf%8d%cf%83%ce%b7-%ce%b3%ce%b9%ce%b1-%cf%84%ce%b7%ce%bd-%cf%83%cf%8d%ce%b3%ce%ba%ce%bb/

Οι μαύρες τρύπες είναι φτιαγμένες από σκοτεινή ενέργεια;

Οι φυσικοί συνήθως υποθέτουν ότι ένα τεράστιο κοσμολογικό σύστημα, όπως το σύμπαν, δεν επηρεάζεται από τις λεπτομέρειες των μικρών συστημάτων που περιέχονται σ’ αυτό. Οι φυσικοί Kevin Croker και Joel Weiner , από το πανεπιστήμιο της Χαβάης, έδειξαν πως αυτή η υπόθεση μπορεί να αποτύχει για τα πολύ συμπαγή αντικείμενα που δημιουργούνται μετά την κατάρρευση και έκρηξη πολύ μεγάλων άστρων.

Οι Croker και Weiner έδειξαν ότι ο ρυθμός διαστολής του σύμπαντος μπορεί να εξαρτάται από την μέση συνεισφορά τέτοιων συμπαγών αντικειμένων. Επίσης, τα ίδια τα αντικείμενα μπορούν να συνδεθούν με την διαστολή του σύμπαντος, κερδίζοντας ή χάνοντας ενέργεια ανάλογα με τη σύνθεσή τους. Αυτό το αποτέλεσμα είναι σημαντικό καθώς αποκαλύπτει απρόσμενες συνδέσεις μεταξύ κοσμολογίας και φυσικής συμπαγών αντικειμένων, που με τη σειρά τους οδηγούν σε πολλές νέες προβλέψεις. Το ενδιαφέρον είναι ότι οι προβλέψεις αυτές μπορούν να ελεγχθούν πειραματικά.

Μια συνέπεια της εργασίας των δυο φυσικών είναι ότι ο ρυθμός διαστολής του σύμπαντος παρέχει πληροφορίες για το τι συμβαίνει με τα άστρα στο τέλος της ζωής τους. Οι αστρονόμοι συνήθως υποθέτουν ότι τα μεγάλα άστρα καταλήγουν σε μαύρες τρύπες όταν πεθαίνουν, αλλά αυτό δεν είναι το μόνο πιθανό αποτέλεσμα. Το 1966, ο φυσικός Erast Gliner, πρότεινε μια εναλλακτική υπόθεση σύμφωνα με την οποία τα πολύ μεγάλα άστρα θα έπρεπε να καταρρέουν σε αυτό που σήμερα ονομάζουμε GΕneric Objects of Dark Energy. Αυτά τα αντικείμενα (στη συνέχεια θα τα αποκαλούμε GEODEs) φαίνονται σαν μαύρες τρύπες όταν παρατηρούνται από έξω, αλλά, σε αντίθεση με τις μαύρες τρύπες, περιέχουν σκοτεινή ενέργεια αντί για μια ιδιομορφία (singularity).

Το 1998, δύο ανεξάρτητες ομάδες αστρονόμων ανακάλυψαν ότι η διαστολή του Σύμπαντος είναι επιταχυνόμενη. Το πειραματικά αναμφισβήτητο γεγονός της επιταχυνόμενης διαστολής τους Σύμπαντος αποδόθηκε στην ομοιόμορφη συνεισφορά της μυστηριώδους σκοτεινής ενέργειας. Δεν αναγνωρίστηκε, ωστόσο, ότι τα GEODEs θα μπορούσαν να συμβάλουν σ’ αυτή την ερμηνεία. Αλλάζοντας τον φορμαλισμό, οι Croker και Weiner έδειξαν ότι αν ένα κλάσμα των παλαιότερων άστρων κατέρρευσε προς GEODEs, αντί για μαύρες τρύπες, τότε η τωρινή μέση συνεισφορά τους θα παράγει την απαιτούμενη ομοιόμορφη σκοτεινή ενέργεια.

Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης εφαρμόζονται επίσης και στα συγκρουόμενα συστήματα διπλών άστρων που παρατηρούνται από τους ανιχνευτές LIGO-Virgo, διαμέσου των βαρυτικών κυμάτων που παράγονται κατά στην σύγκρουση. Το 2016, η ερευνητική ομάδα του LIGO ανήγγειλε την πρώτη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων που αποδόθηκαν στην συγχώνευση δυο μαύρων τρυπών. Τέτοια συστήματα αναμενόταν να υπάρχουν, αλλά το ζεύγος των αντικειμένων είχε αναπάντεχα τεράστια μάζα – περίπου πέντε φορές μεγαλύτερη από τις μαύρες τρύπες που προέβλεπαν οι αντίστοιχες προσομοιώσεις σε υπολογιστές. Χρησιμοποιώντας τον διορθωμένο φορμαλισμό, οι Croker και Weiner εξέτασαν αν οι βαρυτικοί ανιχνευτές LIGO-Virgo «είδαν» συγκρούσεις GEODEs, αντί μαύρων τρυπών. Διαπίστωσαν ότι τα GEODEs αναπτύσσονται μαζί με το σύμπαν μέχρι τη στιγμή που θα καταλήξουν σε τέτοιες συγκρούσεις. Όταν πραγματοποιούνται οι συγκρούσεις, οι προκύπτουσες μάζες των GEODEs γίνονται τέσσερις έως οκτώ φορές μεγαλύτερες, κάτι που συμφωνεί με τις παρατηρήσεις των βαρυτικών ανιχνευτών LIGO-Virgo.

Οι Croker και Weiner τονίζουν: «οι μαύρες τρύπες σίγουρα δεν είναι νεκρές. Αυτό που δείξαμε είναι ότι αν υπάρχουν GEODEs, τότε μπορούν εύκολα να προκαλέσουν τα παρατηρούμενα φαινόμενα, τα οποία προς το παρόν στερούνται πειστικών εξηγήσεων. Αναμένουμε κι άλλες παρατηρησιακές συνέπειες του σεναρίου των GEODEs, συμπεριλαμβανομένων και αυτών που θα το απέκλειαν. Προς το παρόν μόλις αρχίσαμε να ξύνουμε την επιφάνεια».

Στην φωτογραφια τα αντικείμενα όπως υπερμεγέθης μαύρη τρύπα που βρίσκεται στον γαλαξία Messier 87 και φωτογράφισε το Τηλεσκόπιο Ορίζοντα Γεγονότων, θα μπορούσε να είναι ένα αντικείμενο από σκοτεινή ενέργεια (ονομάζονται GΕneric Objects of Dark Energy).

https://physicsgg.me/2019/09/11/%ce%bf%ce%b9-%ce%bc%ce%b1%cf%8d%cf%81%ce%b5%cf%82-%cf%84%cf%81%cf%8d%cf%80%ce%b5%cf%82-%ce%b5%ce%af%ce%bd%ce%b1%ce%b9-%cf%86%cf%84%ce%b9%ce%b1%ce%b3%ce%bc%ce%ad%ce%bd%ce%b5%cf%82-%ce%b1%cf%80%cf%8c/

Η μάζα των βαρυτονίων θα μπορούσε να εξηγήσει την σκοτεινή ενέργεια;

Το σύμπαν όχι μόνο διαστέλλεται, αλλά διαστέλλεται επιταχυνόμενα. Ενώ η διαστολή του σύμπαντος αποδίδεται στην Μεγάλη Έκρηξη που έγινε πριν από 14 δισεκατομμύρια χρόνια, ο επιταχυνόμενος ρυθμός διαστολής του είναι δύσκολο να εξηγηθεί.

Έτσι, οι φυσικοί ονόμασαν σκοτεινή ενέργεια την άγνωστη αιτία που προκαλεί την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος. Κι ενώ δεν έχουμε ιδέα για το τι είναι η σκοτεινή ενέργεια, πρέπει ταυτόχρονα να δεχτούμε ότι αυτή αντιπροσωπεύει και το 70% των συστατικών του σύμπαντος! «Είναι σαν να έχουμε έναν τεράστιο ελέφαντα μέσα στο δωμάτιό μας», λέει Claudia de Rham,«κι αυτό είναι πολύ απογοητευτικό».

Η De Rham προσπαθεί να εξηγήσει την φύση της σκοτεινής ενέργειας, τροποποιώντας την Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν, θεωρώντας ότι οι φορείς της βαρυτικής αλληλεπίδρασης, τα σωματίδια που ονομάζονται βαρυτόνια, έχουν μάζα.

Αν τα βαρυτόνια έχουν έστω και ελάχιστη μάζα τότε η βαρύτητα δεν έχει άπειρη εμβέλεια, κι αυτό αναμένεται να έχει σημαντικό αντίκτυπο στις δομές μεγάλης κλίμακας στο σύμπαν μας. Θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί η διαστολή του σύμπαντος είναι επιταχυνόμενη. Σύμφωνα με την De Rham δεν χρειάζεται η έννοια της σκοτεινής ενέργειας δεδομένου ότι η ίδια η βαρύτητα θα μπορούσε να εκπληρώσει τον ρόλο της. Όμως οι προηγούμενες εκδοχές της θεωρίας αυτής προέβλεπαν την στιγμιαία διάσπαση κάθε σωματιδίου στο σύμπαν – ένα απαράδεκτο χαρακτηριστικό που οι μαθηματικοί αναφέρουν ως «φάντασμα».

Το πρόβλημα αυτό εξέταζαν το 2011 οι Claudia de Rham, Gregory Gabadadze και Andrew J. Tolley στην δημοσίευσή τους με τίτλο «Resummation of Massive Gravity», αλλά δεν έπεισαν την πλειοψηφία της επιστημονικής κοινότητας.

Όμως είναι γεγονός πως δημιούργησαν ένα πιο εξελιγμένο μαθηματικό μοντέλο για την νέα θεωρία πέραν της βαρύτητας του Αϊνστάιν, αποφεύγοντας τα προβλήματα των προηγούμενων εκδοχών. Τελευταία η θεωρία τους άρχισε να κερδίζει έδαφος και μια αναγνώριση ήταν το βραβείο Blavatnik των 100.000 δολλαρίων που απονεμήθηκε στην Claudia de Rham.

Οι τελευταίες εργασίες της De Rham καλύπτουν κι άλλες πτυχές της βαρύτητας. Ενδιαφέρεται για την ταχύτητα διάδοσης της βαρυτικής αλληλεπίδρασης, η οποία χωρίς να έχει μετρηθεί ποτέ θεωρείται ίση με την ταχύτητα του φωτός. Σύμφωνα με την De Rham σε ορισμένες περιπτώσεις η βαρύτητα θα μπορούσε να διαδίδεται ταχύτερα από το φως. Διερευνά επίσης, αν η βαρύτητα, διαδίδεται με διαφορετική ταχύτητα μέσα από ορισμένα υλικά, όπως γίνεται με το φως στα διαφανή υλικά. Αν συμβαίνει κάτι τέτοιο θα υπάρχουν βαρυτικά ουράνια τόξα τα οποία θα μπορούσαν να ανιχνευθούν από τα τηλεσκόπια βαρυτικών κυμάτων.

Claudia de Rham: «Nature of the Graviton»

https://physicsgg.me/2020/01/26/%ce%b7-%ce%bc%ce%ac%ce%b6%ce%b1-%cf%84%cf%89%ce%bd-%ce%b2%ce%b1%cf%81%cf%85%cf%84%ce%bf%ce%bd%ce%af%cf%89%ce%bd-%ce%b8%ce%b1-%ce%bc%cf%80%ce%bf%cf%81%ce%bf%cf%8d%cf%83%ce%b5-%ce%bd%ce%b1-%ce%b5%ce%be/

DESI: Η αρχή.

Η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης προέβλεπε ότι το σύμπαν διαστέλλεται. Ωστόσο, το 1998, οι φυσικοί, προς μεγάλη έκπληξή τους, ανακάλυψαν ότι το σύμπαν όχι μόνο διαστέλλεται, αλλά η διαστολή του είναι επιταχυνόμενη. Αυτό που προκαλεί την επιταχυνόμενη διαστολή ονομάστηκε σκοτεινή ενέργεια – γιατί δεν ήξεραν τίποτε γι αυτήν. Το σύμπαν αποτελείται σχεδόν ολοκληρωτικά από σκοτεινή ενέργεια. Η ύλη που αποτελεί τα άστρα, τους γαλαξίες και τους πλανήτες δεν συνιστούν περισσότερο από το 5% του σύμπαντος. Πολλοί φυσικοί θεωρούν «ντροπή» να ζούμε σε ένα σύμπαν και να έχουμε γνώσεις μόνο για το 5% του! Η κατανόηση της φύσης της σκοτεινής ενέργειας, πιθανώς θα επιφέρει επανάσταση στην Φυσική.

Το DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), το Φασματοσκόπιο Σκοτεινής Ενέργειας, θα δημιουργήσει έναν τρισδιάστατο χάρτη δεκάδων εκατομμυρίων γαλαξιών και εκατομμυρίων quasars, κατά τη διάρκεια πέντε ετών παρατηρήσεων. Στόχος είναι ο προσδιορισμός των αποστάσεών τους και οι ταχύτητες απομάκρυνσής τους από εμάς.

Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα του DESI οι επιστήμονες ελπίζουν να ρίξουν άπλετο φως στην μυστηριώδη αιτία που προκαλεί επιτάχυνση της διαστολής του σύμπαντος, για την οποία γνωρίζουμε ελάχιστα. Tο βίντεο που ακολουθεί περιγράφει την λειτουργία του DESI, που είναι εγκατεστημένο στην Αριζόνα:

https://physicsgg.me/2020/06/05/desi-%ce%b7-%ce%b1%cf%81%cf%87%ce%ae/

Η σκοτεινή ενέργεια μέσα από τους δίδυμους υπερκαινοφανείς αστέρες.

Είναι γνωστό ότι το σύμπαν διαστέλλεται. Για να προβλέψουμε την μοίρα του πρέπει να βρούμε τι συμβαίνει με τον ρυθμό διαστολής του: μειώνεται; αυξάνεται; ή παραμένει σταθερός;

Για να απαντηθεί το ερώτημα αυτό πρέπει να συγκρίνουμε τις ταχύτητες με τις οποίες απομακρύνονταν από μας οι γαλαξίες στο πολύ μακρινό παρελθόν – πριν από δισεκατομμύρια χρόνια – σε σχέση με το πιο πρόσφατο παρελθόν πριν από εκατομμύρια χρόνια. Όσο πιο μακριά βρίσκονται οι γαλαξίες τόσο πιο ‘παλαιότερο’ είναι το φως που φτάνει σε μας. Μπορούμε να μετρήσουμε την ταχύτητα ενός μακρινού άστρου από την μετατόπιση των γραμμών απορρόφησης στο φάσμα του φωτός που εκπέμπουν οι γαλαξίες, χρησιμοποιώντας το φαινόμενο Doppler. Όσο πιο γρήγορα απομακρύνεται ένα άστρο από μας τόσο μεγαλύτερη είναι η μετατόπιση των γραμμών απορρόφησης προς το ερυθρό άκρο του φάσματος. Όμως το δύσκολο πρόβλημα είναι ο προσδιορισμός της απόστασης των γαλαξιών από μας.

Ένας σχετικά νέος τρόπος προσδιορισμού των αποστάσεων χρησιμοποιεί το είδος των άστρων που τελειώνουν την ζωή τους με μια μεγαλειώδη έκρηξη, την έκρηξη που ονομάζεται υπερκαινοφανής αστέρας (ή σουπερνόβα) τύπου Ιa. Σε γενικές γραμμές αυτά τα σουπερνόβα εκρήγνυνται με τον ίδιο τρόπο. Με κατάλληλη βαθμονόμηση μπορούμε από την λαμπρότητά τους να βρούμε πόσο μακριά βρίσκονται. Γιαυτό οι υπερκαινοφανείς αστέρες τύπου Ia ονομάζονται πρότυπα κεριά. Χρησιμοποιώντας αυτούς τους υπερκαινοφανείς οι αστρονόμοι το 1998 διαπίστωσαν αναπάντεχα ότι ο ρυθμός διαστολής του σύμπαντος αυξάνεται. Δηλαδή, το σύμπαν όχι μόνο διαστέλλεται, αλλά διαστέλλεται επιταχυνόμενα.

Αυτή η επιτάχυνση του σύμπαντος αποδόθηκε στην σκοτεινή ενέργεια – «σκοτεινή» γιατί δεν μπορούμε να την δούμε και «ενέργεια» διότι μεγεθύνει το σύμπαν υπερνικώντας την βαρύτητα. Μπορεί να αποτελεί τα δύο τρίτα της συνολικής ενέργειας στο σύμπαν, αλλά δεν ξέρουμε ακόμα τι ακριβώς είναι. Ίσως προέρχεται από την ενέργεια του κενού χώρου (!), αλλά αυτό είναι μια άλλη ιστορία…

Η σημερινή ανάρτηση αναφέρεται στο γεγονός ότι οι κοσμολόγοι βρήκαν έναν τρόπο ώστε να διπλασιάσουν την ακρίβεια στη μέτρηση των αποστάσεων από τις εκρήξεις σουπερνόβα – που αποτελούν ένα από τα βασικότερα εργαλεία τους για την μελέτη της μυστηριώδους σκοτεινής ενέργειας.

Η ανακάλυψη της σκοτεινής ενέργειας βασίστηκε στους υπερκαινοφανείς αστέρες τύπου Ia. Τα σουπερνόβα Ia εκρήγνυνται σχεδόν πάντα με την ίδια μέγιστη εγγενή λαμπρότητα. Εφόσον η παρατηρούμενη μέγιστη λαμπρότητα του σουπερνόβα χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της απόστασής του από μας, οι μικρές απομένουσες διακυμάνσεις στην εγγενή μέγιστη λαμπρότητα περιορίζουν την ακρίβεια με την οποία θα μπορούσε να ελεγχθεί η απόστασή τους – και κατά συνέπεια η σκοτεινή ενέργεια. Παρά τις βελτιώσεις 20 ετών από πολλές ερευνητικές ομάδες, οι μελέτες της σκοτεινής ενέργειας μέσω των σούπερνοβα παρέμεναν μέχρι τώρα σχεδόν καθηλωμένες.

Όμως, αυτό θα αλλάξει εξαιτίας δύο πρόσφατων εργασιών που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό The Astrophysical Journal.

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/abec3c

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/abec3b

Οι εργασίες αυτές περιγράφουν έναν τρόπο που διπλασιάζει την ακρίβεια στην μέτρηση των αποστάσεων των σουπερνόβα (και στις δυο εργασίες συμμετέχει ο βραβευμένος με Νόμπελ Saul Perlmutter, ο οποίος ηγήθηκε μιας από τις ομάδες που ανακάλυψαν αρχικά τη σκοτεινή ενέργεια το 1998).

Τα νέα αποτελέσματα προέρχονται από το Nearby Supernova Factory (SNfactory), μια πολυετή έρευνα αφιερωμένη εξ ολοκλήρου στην αύξηση της ακρίβειας των κοσμολογικών μετρήσεων με σουπερνόβα. Η μέτρηση της σκοτεινής ενέργειας απαιτεί συγκρίσεις των μέγιστων της λαμπρότητας μακρινών σουπερνόβα που βρίσκονται δισεκατομμύρια έτη ετών φωτός μακριά, με εκείνα των κοντινών σουπερνόβα που βρίσκονται «μόνο» 300 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Η ερευνητική ομάδα μελέτησε εκατοντάδες τέτοια κοντινά σουπερνόβα με εξαιρετική λεπτομέρεια. Κάθε σουπερνόβα μετρήθηκε αρκετές φορές, σε διαστήματα μερικών ημερών. Κάθε μέτρηση εξέτασε το φάσμα του σουπερνόβα, καταγράφοντας την έντασή του στο εύρος μηκών κύματος του ορατού φωτός. Ένα όργανο ειδικά κατασκευασμένο για αυτήν την έρευνα, το SuperNova Integral Field Spectrometer, εγκατεστημένο στο τηλεσκόπιο 2,2 μέτρων του Πανεπιστημίου της Χαβάης στο Maunakea, χρησιμοποιήθηκε για τη μέτρηση των φασμάτων.

Σύμφωνα με τον Perlmutter «εδώ και καιρό έχουμε αυτήν την ιδέα ότι αν η φυσική της έκρηξης δύο σουπερνόβα είναι η ίδια, τότε τα μέγιστα της λαμπρότητάς τους θα ήταν οι ίδια. Χρησιμοποιώντας τα φάσματα του Nearby Supernova Factory ως ένα είδος αξονικής τομογραφίας μέσω της έκρηξης του σουπερνόβα, θα μπορούσαμε να τεστάρουμε αυτήν την ιδέα.

Η πάνω αριστερή εικόνα δείχνει το φάσμα – λαμπρότητα συναρτήσει του μήκους κύματος – για δύο σουπερνόβα. Το ένα βρίσκεται κοντά και το άλλο πολύ μακριά. Για να μετρήσουν τη σκοτεινή ενέργεια, οι αστροφυσικοί πρέπει να μετρούν με ακρίβεια την απόσταση μεταξύ τους. Η κάτω δεξιά εικόνα συγκρίνει τα φάσματα – που δείχνουν πως είναι πράγματι «δίδυμα». Αυτό σημαίνει ότι οι σχετικές αποστάσεις τους μπορούν να μετρηθούν με ακρίβεια 3 τοις εκατό. (Το υπόβαθρο στην εικόνα των διαγραμμάτων είναι μια φωτογραφία του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble του γαλαξία NGC 4526 και το φωτεινό σημείο πάνω από το μέσον είναι το σουπερνόβα SN1994D.

Πράγματι, πριν από αρκετά χρόνια, η φυσικός Hannah Fakhouri, όταν ήταν μεταπτυχιακή φοιτήτρια συνεργαζόμενη με τον Perlmutter, έκανε μια ανακάλυψη-κλειδί που σχετίζεται με τα σημερινά αποτελέσματα. Κοιτάζοντας ένα πλήθος φασμάτων από το SNfactory, διαπίστωσε ότι σε αρκετές περιπτώσεις, τα φάσματα από δύο διαφορετικά σουπερνόβα φαίνονταν σχεδόν πανομοιότυπα. Μεταξύ των περίπου 50 σουπερνόβα, μερικά ήταν σχεδόν ταυτόσημα δίδυμα. Όταν τα φάσματα ενός ζεύγους διδύμων τοποθετήθηκαν το ένα πάνω στο άλλο, φαίνονταν σαν να υπήρχε μόνο ένα. Η τωρινή ανάλυση βασίζεται σ’ αυτή την παρατήρηση για να μοντελοποιηθεί η συμπεριφορά των υπερκαινοφανών κατά το χρονικό διάστημα της μέγιστης λαμπρότητας.

Η νέα εργασία τετραπλασιάζει τον αριθμό των σουπερνόβα που χρησιμοποιούνται στην ανάλυση. Έτσι το δείγμα έγινε αρκετά μεγάλο ώστε να εφαρμοστεί από μεθόδους τεχνητής νοημοσύνης για τον εντοπισμό αυτών των διδύμων, οδηγώντας στην ανακάλυψη ότι τα φάσματα σουπερνόβα τύπου Ia διαφέρουν μόνο κατά τρεις τρόπους. Οι εγγενείς λαμπρότητες των σουπερνόβα εξαρτώνται επίσης κυρίως από αυτές τις τρεις παρατηρούμενες διαφορές, καθιστώντας δυνατή τη μέτρηση των αποστάσεων σουπερνόβα με την αξιοσημείωτη ακρίβεια περίπου 3%.

Η νέα μέθοδος δεν πάσχει από τα συστηματικά σφάλματα που ταλάνιζαν προηγούμενες μεθόδους, όπως φαίνεται κατά τη σύγκριση των σουπερνόβα που βρίσκονται σε διαφορετικούς τύπους γαλαξιών. Δεδομένου ότι οι κοντινοί γαλαξίες είναι κάπως διαφορετικοί από τους απομακρυσμένους, υπήρχε σοβαρός προβληματισμός ότι μια τέτοια εξάρτηση θα προκαλούσε λάθη στην μέτρηση της σκοτεινής ενέργειας. Τώρα αυτό το πρόβλημα μπορεί να μειωθεί σημαντικά μετρώντας μακρινά σουπερνόβα με τη νέα τεχνική.

Η συμβατική μέτρηση των αποστάσεων σουπερνόβα χρησιμοποιεί καμπύλες φωτός – φωτογραφίες που λαμβάνονται σε διάφορα χρώματα καθώς ένα σουπερνόβα λάμπει και εξασθενίζει. Αντ’ αυτού, στη νέα μέθοδο χρησιμοποιήθηκε ένα φάσμα από κάθε σουπερνόβα. Αυτά είναι πολύ πιο λεπτομερή και με την βοήθεια της τεχνικής νοημοσύνης οι αστροφυσικοί κατάφεραν να διακρίνουν την περίπλοκη συμπεριφορά που ήταν κρίσιμη για την ακριβέστερη μέτρηση των αποστάσεων.

Οι δυο νέες δημοσιεύσεις θα ωφελήσουν δύο επερχόμενα μεγάλα πειράματα. Το πρώτο πείραμα θα πραγματοποιηθεί στο τηλεσκόπιο Rubin 8,4 μέτρων, που κατασκευάζεται στη Χιλή. Το δεύτερο είναι το Nancy Grace Roman Space Telescope της NASA. Αυτά τα τηλεσκόπια θα μετρήσουν χιλιάδες σουπερνόβα με σκοπό την βελτίωση των μετρήσεων της σκοτεινής ενέργειας.

Αυτή η τεχνική μέτρησης απόστασης είναι όχι μόνο πιο ακριβής, αλλά απαιτεί μόνο ένα φάσμα, λαμβανόμενο όταν το σουπερνόβα είναι πιο φωτεινό και επομένως πιο εύκολο να παρατηρηθεί. Η ύπαρξη μιας ποικιλίας τεχνικών είναι ιδιαίτερα πολύτιμη σε αυτόν τον τομέα όπου η ανάγκη για ανεξάρτητη επαλήθευση είναι υψηλή.

https://physicsgg.me/2021/05/09/%ce%b7-%cf%83%ce%ba%ce%bf%cf%84%ce%b5%ce%b9%ce%bd%ce%ae-%ce%b5%ce%bd%ce%ad%cf%81%ce%b3%ce%b5%ce%b9%ce%b1-%ce%bc%ce%ad%cf%83%ce%b1-%ce%b1%cf%80%cf%8c-%cf%84%ce%bf%cf%85%cf%82-%ce%b4%ce%af%ce%b4%cf%85/

Η NASA βάφτισε το νέο της διαστημικό τηλεσκόπιο.

Η NASA ετοιμάζεται να εκτοξεύσει σε τέσσερις μήνες τo πιο προηγμένο διαστημικό τηλεσκόπιο που έχει κατασκευαστεί μέχρι σήμερα, το James Webb. Όμως η αμερικανική διαστημική δεν μένει εκεί αφού κατασκευάζει και άλλα διαστημικά τηλεσκόπια. Ένα από αυτά έχει προγραμματιστεί να εκτοξευτεί το 2025 και η NASA ανακοίνωσε την Τετάρτη το όνομα του αλλά και πληροφορίες για την αποστολή του.

Το νέο τηλεσκόπιο θα ονομάζεται Nancy Grace Roman Space Telescope παίρνοντας το όνομα της Νάνσι Γκρέις Ρόμαν, μιας διακεκριμένης Αμερικανίδας αστρονόμου που αποτέλεσε την πρώτη γυναίκα η οποία απέκτησε κορυφαίες θέσεις στην διοίκηση της NASA.

Μια από τις βασικές εργασίες του τηλεσκοπίου θα είναι η λεπτομερείς και σε βάθος παρατηρήσεις εκρήξεων σουπερνόβα. Τα δεδομένα που θα συλλέγει το διαστημικό τηλεσκόπιο αναμένεται να φωτίσουν πολλά κοσμικά φαινόμενα και μυστήρια αλλά και να αποκαλύψουν στοιχεία για το μακρινό παρελθόν αλλά και το παρόν του Σύμπαντος. Το νέο τηλεσκόπιο αναμένεται να βοηθήσει ανάμεσα στα άλλα σε ακριβέστερους υπολογισμούς για την ταχύτητα διαστολής του Σύμπαντος, της κατανομής της μυστηριώδους σκοτεινής ύλης και της φύσης της επίσης μυστηριώδους σκοτεινής ενέργειας.

«Η σκοτεινή ενέργεια είναι αυτή που καθορίζει τα περισσότερα από όσα συμβαίνουν στο Σύμπαν αλλά δεν γνωρίζουμε τίποτε για αυτήν. Το νέο τηλεσκόπιο θα φέρει επανάσταση στην κατανόηση του Σύμπαντος και η σκοτεινή ενέργεια είναι ένα από τα ζητήματα που θα καταπιαστεί» αναφέρει ο Τζέισον Ρόουντς, στέλεχος του Εργαστηρίου Αεριώθησης (JPL) της NASA. Το τηλεσκόπιο θα χρησιμοποιήσει διάφορες μεθόδους για την μελέτη της σκοτεινής ενέργειας. Μια από αυτές θα είναι ο εντοπισμός ενός συγκεκριμένου τύπου έκρηξης σουπερνόβα (έκρηξη τύπου Ia) η μελέτης της οποίας σύμφωνα με τους ειδικούς ίσως αποκαλύψει κάποια στοιχεία για την σκοτεινή ενέργεια.

https://www.naftemporiki.gr/story/1731258/i-nasa-baftise-to-neo-tis-diastimiko-tileskopio

Είναι οι μαύρες τρύπες η σκοτεινή ενέργεια.

Ο γαλαξίας Caldwell 53 (NGC 3115) μπορεί να περιέχει στο κέντρο του μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα

Η απλούστερη εξήγηση για την σκοτεινή ενέργεια είναι η κοσμολογική σταθερά Λ,

https://physicsgg.me/2021/02/15/το-πιο-ενοχλητικό-πρόβλημα-στη-φυσική/

στην οποία αποδίδεται η παρατηρούμενη επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος (και όχι η στατικότητά του όπως λανθασμένα θεώρησε αρχικά ο Αϊνστάιν).Δύο πρόσφατες δημοσιεύσεις υποστηρίζουν πως βρέθηκαν ενδείξεις στα πρατηρησιακά δεδομένα γαλαξιών ότι «μέσα στις μαύρες τρύπες ‘κρύβεται’ άφθονη σκοτεινή ενέργεια, που τροφοδοτεί τη συνεχή διαστολή του σύμπαντος. Αντί η σκοτεινή ενέργεια να είναι διάχυτη στον χωροχρόνο, όπως υποθέταμε, προτείνουν ότι αυτή δημιουργείται και παραμένει μέσα στις μαύρες τρύπες». Οι ερευνητές -μεταξύ των οποίων η Ευανθία Χατζημινάογλου του Ευρωπαϊκού Νοτίου Αστεροσκοπείου και ο Ανδρέας Ευσταθίου, πρύτανης του Ευρωπαϊκού Πανεπιστημίου Κύπρου – δημοσιεύουν τις δύο εργασίες τους, στο The Astrophysical Journal 

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/acac2e

και στο The Astrophysical Journal Letters.

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acb704

Αυτό που εννοούμε με τον όρο «σκοτεινή ενέργεια» καθορίζεται από την ύπαρξη μιας συγκεκριμένης καταστατικής εξίσωσης

https://physicsgg.me/2013/10/26/σκοτεινή-ενέργεια-και-παράμετρος-w/

στην οποία περιέχεται η κοσμολογική σταθερά Λ. Αν μια συλλογή από μαύρες τρύπες δεν περιγράφεται από την κατάλληλη καταστατική εξίσωση, τότε δεν μπορεί να είναι σκοτεινή ενέργεια.Οι ερευνητές κάνοντας μια νέα λεπτομερέστατη ανάλυση δεδομένων σχετικά με τους γαλαξίες που περιέχουν υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες υποστηρίζουν ότι συμβαίνει κάτι ασυνήθιστο με αυτές. Η μελέτη τους επιβεβαιώνει την γνωστή εδώ και καιρό παρατήρηση, ότι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες αναπτύσσονται πολύ γρηγορότερα από το αναμενόμενο. Υποθέτουν λοιπόν ότι αυτή η ταχεία ανάπτυξη οφείλεται σε μια κοσμολογική πηγή, καταλήγοντας τελικά ότι αυτή θα μπορούσε να είναι κάποιου είδους σκοτεινή ενέργειας.
Αναλύοντας τα πειραματικά δεδομένα υποθέτοντας ότι η ανάπτυξη των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών σχετίζεται με την προέλευση της σκοτεινής ενέργειας, αποδεικνύουν ότι πράγματι υπάρχουν πιθανότητες τα δυο αυτά ανεξήγητα φαινόμενα να σχετίζονται μεταξύ τους.«Έχουμε την πρώτη προτεινόμενη αστροφυσική πηγή για τη σκοτεινή ενέργεια», δήλωσε ο επικεφαλής ερευνητής Ντάνκαν Φάραχ του Πανεπιστημίου της Χαβάης.«Προτείνουμε ότι οι μαύρες τρύπες, τα απομεινάρια της έκρηξης άστρων, αποτελούν την αστροφυσική προέλευση της σκοτεινής ενέργειας».Οι επιστήμονες θεωρούν ότι οι μαύρες τρύπες αυξάνουν τη μάζα τους στο πέρασμα δισεκατομμυρίων ετών σε βαθμό που δεν μπορεί να εξηγηθεί με τις σχετικές θεωρίες και αντιτείνουν ότι στην πραγματικότητα στον πυρήνα τους κρύβουν σκοτεινή ενέργεια. Η νέα έρευνα εστίασε σε μαύρες τρύπες αρχαίων και ήσυχων γαλαξιών, όπου δεν υπάρχει πια πολύ αστρικό υλικό για να «καταπιούν».Υπολογίστηκε ότι σε αυτούς τους σχετικά αδρανείς γαλαξίες οι μαύρες τρύπες έχουν μάζες επτά έως 20 φορές μεγαλύτερες από ό,τι ήταν πριν εννέα δισεκατομμύρια χρόνια, πράγμα που -όπως υποστηρίζουν οι ερευνητές- μαρτυράει ότι κάποια άλλη μη εξωγενής διαδικασία τις τροφοδοτεί: κατά την εκτίμηση τους, πρόκειται για μια ενδογενή σκοτεινή ενέργεια.Κανονικά, με βάση τους νόμους της Φυσικής, η βαρύτητα θα έπρεπε να προκαλεί τη σταδιακή επιβράδυνση της ανάπτυξης του σύμπαντος, όμως μια μυστηριώδης δύναμη, που προτάθηκε στο τέλος της δεκαετίας του 1990 και ονομάστηκε σκοτεινή ενέργεια, φαίνεται να υπεραντισταθμίζει τη βαρύτητα και να οδηγεί σε διαστολή του σύμπαντος και μάλιστα με επιταχυνόμενο ρυθμό.Αν όντως οι μεγάλες μαύρες τρύπες που βρίσκονται στα κέντρα γαλαξιών, συνιστούν την πηγή της συμπαντικής σκοτεινής ενέργειας, τότε πιθανώς θα λυθεί και ένα άλλο κοσμικό αίνιγμα: τι συμβαίνει στο κέντρο μιας μαύρης τρύπας, στη λεγόμενη «μοναδικότητα», όπου καταρρέουν οι γνωστοί νόμοι της Φυσικής. Αν στον πυρήνα μιας μαύρης τρύπας υπάρχει σκοτεινή ενέργεια, τότε δεν φαίνεται να υπάρχει ανάγκη για «μοναδικότητες».Αξίζει να παραθέσουμε τις τελευταίες γραμμές της περίληψης της μιάς εκ των δυο δημοσιεύσεων των ερευνητών στην οποία αναφέρονται τα εξής: «Συμπεραίνουμε ότι είτε υπάρχει ένας φυσικός μηχανισμός που αναπτύσσει τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες των ελλειπτικών γαλαξιών με z ≲ 2, είτε ότι τα συστηματικά σφάλματα υποεκτιμώνται και εξαρτώνται από την μετατόπιση προς το ερυθρό».
Δυστυχώς μέχρι σήμερα στον πόλεμο μεταξύ «νέας φυσικής» και «υποτίμησης των συστηματικών μας σφαλμάτων», χαμένη είναι σχεδόν πάντα η νέα φυσική.

Στις δημοσιεύσεις συμμετέχουν η αστρονόμος δρ Ευανθία Χατζημινάογλου του Ευρωπαϊκού Νοτίου Αστεροσκοπείου (απόφοιτος του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ το 1996, με διδακτορικό στην αστροφυσική από το γαλλικό Πανεπιστήμιο Πολ Σαμπατιέ της Τουλούζης), καθώς επίσης ο αστροφυσικός Ανδρέας Ευσταθίου, πρύτανης του Ευρωπαϊκού Πανεπιστημίου Κύπρου.

https://physicsgg.me/2023/02/16/είναι-οι-μαύρες-τρύπες-η-σκοτεινή-ενέρ/

Το άστρο που πέθανε 5 φορές και δείχνει πόσο γρήγορα διαστέλλεται το σύμπαν.

Η εικόνα του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble, που αποκαλύπτει την θέση του σουπερνόβα Refsdal στο τεράστιο σμήνος γαλαξιών MACS J1149.6+2223

Χάρη σε ένα περίεργο οπτικό φαινόμενο που είχε προβλέψει τον περασμένο αιώνα ο Αϊνστάιν, η έκρηξη ενός μακρινού σουπερνόβα εμφανίστηκε ως πέντε διαφορετικά είδωλα στον ουρανό, ένα σπάνιο φαινόμενο που ίσως βοηθήσει στη λύση ενός μεγάλου κοσμολογικού μυστηρίου: πόσο γρήγορα επιταχύνεται η διαστολή του Σύμπαντος.Το 2014, διεθνής ομάδα αστρονόμων έστρεψε το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble στο γαλαξιακό σμήνος Abell 370 και παρατήρησε στην ίδια εικόνα τέσσερα διαφορετικά είδωλα ενός σουπερνόβα με την ονομασία Refsdal, το οποίο εξερράγη πριν από περίπου 11 δισεκατομμύρια χρόνια.Το σουπερνόβα (η έκρηξη ενός γερασμένου άστρου που εξάντλησε τα πυρηνικά του καύσιμα και κατέρρευσε κάτω από το ίδιο του το βάρος) εμφανίστηκε σε τέσσερις διαφορετικές θέσεις λόγω ενός φαινομένου που προκύπτει από τη γενική θεωρία της σχετικότητας και ονομάζεται «βαρυτικός φακός».Η γενική σχετικότητα προβλέπει ότι τα σώματα μεγάλης μάζας καμπυλώνουν τις ακτίνες φωτός, περίπου όπως συμβαίνει και με τους οπτικούς φακούς.Στη συγκεκριμένη περίπτωση, οι ακτίνες φωτός από την έκρηξη του σουπερνόβα καμπυλώθηκαν από το βαρυτικό πεδίο του γαλαξιακού σμήνους και έφτασαν στη Γη ακολουθώντας τέσσερις διαφορετικές διαδρομές, οι οποίες δημιούργησαν τέσσερα είδωλα γύρω από την εικόνα του γαλαξιακού σμήνους.

Οι τέσσερις κίτρινες κουκκίδες είναι είδωλα του σουπερνόβα Refsdal

Οι αστρονόμοι προέβλεψαν τότε ότι το σουπερνόβα θα επανεμφανιζόταν το 2015 λόγω ακτίνων φωτός που ακολούθησαν μια πιο μεγάλη διαδρομή. Πράγματι, ένα πέμπτο είδωλο καταγράφηκε περίπου έναν χρόνο μετά τις αρχικές παρατηρήσεις.

Διαστολή

Σε δύο νέες μελέτες, οι οποίες δημοσιεύονται στο Science και στο The Astrophysical Journal

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac4ccb

 οι ερευνητές εφαρμόζουν μεθόδους τριγωνομετρίας στα πέντε είδωλα για να υπολογίσουν την ταχύτητα διαστολής του Σύμπαντος, ένα θέμα που προκαλεί εδώ και χρόνια διαμάχη μεταξύ των κοσμολόγων.Το γεγονός ότι το Σύμπαν διαστέλλεται ήταν γνωστό από τα τέλη της δεκαετίας του 1920, πέρασαν όμως πολλά χρόνια, μέχρι το 1998, μέχρι να ανακαλυφθεί ότι η διαστολή αυτή επιταχύνεται,Αυτό όμως για το οποίο συνεχίζουν να διαφωνούν οι αστρονόμοι είναι η ταχύτητα αυτής της διαστολής στο σημερινό Σύμπαν, η οποία μπορεί να μετρηθεί με δύο τεχνικές, οι οποίες δίνουν ελαφρώς διαφορετικά αποτελέσματα (η μία τεχνική βασίζεται στη λεγόμενη μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, μια λάμψη που γέμισε τα πάντα όταν το Σύμπαν είχε ηλικία περίπου 380.000 ετών, ενώ η δεύτερη βασίζεται σε παρατηρήσεις μιας συγκεκριμένης κατηγορίας σουπερνόβα),Οι μετρήσεις του σουπερνόβα Refsdal συμφωνούν περισσότερο με την εκτίμηση που δίνει η πρώτη τεχνική, η μέθοδος της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου. Η νέα μελέτη δείχνει ότι η διαστολή του Σύμπαντος επιταχύνεται με ρυθμό 66,6 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec, το οποίο ισούται με 3,2 εκατομμύρια έτη φωτός.Παρόλα αυτά, οι νέες μετρήσεις δεν δίνουν τέλος στη διαμάχη, διευκρινίζει η ερευνητική ομάδα. Τα ευρήματα «δεν αποκλείουν» τα αποτελέσματα άλλων μετρήσεων, δήλωσε ο Πάτρικ Κέλι, μέλος της ερευνητικής ομάδας.Περισσότερα δεδομένα μπορεί να προκύψουν όταν οι αστρονόμοι παρατηρήσουν κι άλλα επανεμφανιζόμενα σουπερνόβα.

«Όταν έχουμε αρκετά, θα είναι ενδιαφέρον να δούμε τι λένε όλα μαζί».

https://physicsgg.me/2023/05/23/το-άστρο-που-πέθανε-5-φορές-και-δείχνει/

Η DESI μετράει την σκοτεινή ενέργεια του σύμπαντος.

Οι αστροφυσικοί χρησιμοποιώντας το Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) δημιούργησαν τον μεγαλύτερο τρισδιάστατο χάρτη του σύμπαντός μας και διερεύνησαν την σκοτεινή ενέργεια, την μυστηριώδη αιτία που προκαλεί την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος. Μια γενιά φυσικών αναφέρεται στην σκοτεινή ενέργεια που διαποτίζει το σύμπαν ως «η κοσμολογική σταθερά». Τώρα ο χάρτης της DESI δείχνει ότι αυτή η μυστηριώδης ενέργεια μεταβάλλεται με την πάροδο του χρόνου. Αν αληθεύει κάτι τέτοιο τότε, κλονίζεται το αποδεκτό μοντέλο των επιστημόνων για το σύμπαν, που είναι γνωστό ως «Καθιερωμένο Πρότυπο της Κοσμολογίας», συντομογραφικά ως ΛCDM. Στο ΛCDM, κυριαρχεί η σταθερή ποσότητα σκοτεινής ενέργειας (κοσμολογική σταθερά Λ), μαζί με την ψυχρή σκοτεινή ύλη (Cold Dark Matter=CDM) Η DESI χαρτογράφησε γαλαξίες και κβάζαρ με πρωτοφανή λεπτομέρεια, δημιουργώντας τον μεγαλύτερο τρισδιάστατο χάρτη του σύμπαντος μέχρι σήμερα και μετρώντας πόσο γρήγορα διαστάλθηκε το σύμπαν στα τελευταία 11 δισεκατομμύρια χρόνια της ζωής του.Είναι η πρώτη φορά που οι αστροφυσικοί μέτρησαν την ιστορία της διαστολής της περιόδου πριν από 8-11 δισεκατομμύρια χρόνια, με ακρίβεια μεγαλύτερη από 1%, ανοίγοντας έναν μεγάλο δρόμο για την μελέτη της σκοτεινής ενέργειας.Μόλις στο πρώτο έτος συλλογής δεδομένων ο χάρτης της DESI έχει ξεπεράσει όλους τους προηγούμενους τρισδιάστατους φασματοσκοπικούς χάρτες και επιβεβαίωσε τα βασικά στοιχεία του καλύτερου μοντέλου του σύμπαντος που διαθέτουμε σήμερα.Όμως προέκυψαν και κάποια στοιχεία που δείχνουν ότι η μυστηριώδης σκοτεινή ενέργεια που κάνει το σύμπαν να διαστέλλεται επιταχυνόμενα, πιθανόν εξασθενεί ελαφρώς με τον χρόνο. Πρόκειται για ένα εύρημα που μπορεί να κλονίσει τα θεμέλια της φυσικής. Προς το παρόν η στατιστική των δεδομένων δεν είναι αρκετά ισχυρή ώστε οι ασστροφυσικοί να ισχυριστούν με βεβαιότητα ότι πραγματοποίησαν μια νέα ανακάλυψη – ότι δηλαδή η σκοτεινή ενέργεια μεταβάλλεται με το χρόνο. Οι παρατηρήσεις ευνοούν προς το παρόν την μείωση της σκοτεινής ενέργειας, αλλά το αποτέλεσμα αυτό θα μπορούσε να αλλάξει με την συλλογή περισσότερων δεδομένων. Πάντως οι ερευνητές σημειώνουν ότι τρία διαφορετικά σύνολα παρατηρήσεων δείχνουν όλα προς την ίδια συναρπαστική κατεύθυνση, αφού έρχεται σε αντίθεση με την καθιερωμένη εικόνα της σκοτεινής ενέργειας ως εγγενούς σταθερής ενεργειακής πυκνότητας του κενού χώρου – μια ποσότητα που ονομάζεται «κοσμολογική σταθερά», λόγω της αμετάβλητης φύσης της. Αν η σκοτεινή ενέργεια δεν είναι μια κοσμολογική σταθερά, τότε αυτό θα είναι μια τεράστια ανακάλυψη.Το 1998, η ομάδα του Adfam Riess, μαζί με μια άλλη ομάδα αστρονόμων με επικεφαλής τον Saul Perlmutter, χρησιμοποίησαν το φως δεκάδων μακρινών, ετοιμοθάνατων άστρων που ονομάζονται σουπερνόβα για να «διαφωτίσουν» την δομή του σύμπαντος. Ανακάλυψαν ότι ο ρυθμός με τον οποίο διαστέλλεται το σύμπαν αυξάνεται καθώς αυτό γερνάει.Σύμφωνα με τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, οποιαδήποτε ύλη ή ενέργεια μπορεί να οδηγήσει σε κοσμική διαστολή. Αλλά καθώς ο χώρος διαστέλλεται, όλα τα γνωστά είδη ύλης και ενέργειας γίνονται λιγότερο πυκνά καθώς αραιώνονται σε ένα ευρύτερο σύμπαν. Καθώς οι πυκνότητές τους μειώνονται, η διαστολή του σύμπαντος θα έπρεπε να επιβραδύνεται κι όχι να επιταχύνεται.Όμως, μια ουσία που δεν «αραιώνεται» με την διαστολή του χώρου είναι ο ίδιος ο χώρος. Αν το κενό έχει μια δική του ενέργεια, τότε όσο περισσότερο κενό προκύπτει τόσο περισσότερη περισσότερη ενέργεια δημιουργείται και η διαστολή θα επιταχύνεται, όπως παρατήρησαν οι Riess και Perlmutter. Η ανακάλυψή τους για την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος αποδόθηκε στην παρουσία της σκοτεινής ενέργειας που σχετίζεται με τον κενό χώρο.Κατά κάποιο τρόπο, ο Αϊνστάιν είχε εξετάσει μια τέτοια πιθανότητα όταν ανέπτυξε την γενική σχετικότητα το 1916. Επειδή μισούσε την ιδέα ενός ασταθούς σύμπαντος, συνειδητοποίησε ότι ο μόνος τρόπος για να παραμένει το σύμπαν στατικό και αμετάβλητο, ήταν η ύπαρξη μιας μυστηριώδους δύναμης – ένα είδος αντιβαρύτητας – η οποία θα εξισορροπούσε την βαρύτητα – που από μόνη της θα οδηγούσε την ύλη του σύμπαντος στην συστολή του και την κατάρρευση. Φαντάστηκε ότι ο κενός χώρος θα μπορούσε να εμποτιστεί με μια σταθερή ποσότητα επιπλέον ενέργειας, που συμβολίζεται με Λ, και αναφέρεται ως η κοσμολογική σταθερά. Όμως μια δεκαετία αργότερα, ο αστρονόμος Edwin Hubble ανακάλυψε ότι οι γαλαξίες απομακρύνονται μεταξύ τους – όπως οι σταφίδες στη ζύμη ενός σταφιδόψωμου που φουσκώνει. Το σύμπαν λοιπόν δεν ήταν στατικό – ούτε εμφάνιζε σημάδια συρρίκνωσης λόγω βαρύτητας, όπως φοβόταν ο Αινστάιν – αλλά αντίθετα διαστελλόταν προς όλες τις κατευθύνσεις. Αν το σύμπαν όντως διαστελλόταν, τότε η κοσμολογική σταθερά δεν ήταν απαραίτητη και ο Αινστάιν την αφαίρεσε από τις εξισώσεις του, δηλώνοντας αργότερα ότι η κοσμολογική σταθερά αποτελούσε την μεγαλύτερη γκάφα της ζωής του. Όμως μετά την ανακάλυψη του 1998 ότι το σύμπαν δεν διαστέλλεται απλώς, αλλά διαστέλλεται επιταχυνόμενα, η κοσμολογική σταθερά επέστρεψε στις εξισώσεις του Αινστάιν κερδίζοντας μια θέση στην καρδιά του Καθιερωμένου Προτύπου της Κοσμολογίας (ΛCDM).Με 5.000 μικροσκοπικά ρομπότ το Φασματοσκόπιο Σκοτεινής Ενέργειας της DESI στην κορυφή ενός βουνού στην Αριζόνα, οι ερευνητές μπορούν να δουν 11 δισεκατομμύρια χρόνια πίσω στο παρελθόν. Για να μελετήσει τις επιπτώσεις της σκοτεινής ενέργειας τα τελευταία 11 δισεκατομμύρια χρόνια, η DESI δημιούργησε τον μεγαλύτερο τρισδιάστατο χάρτη του σύμπαντος που κατασκευάστηκε ποτέ, με τις πιο ακριβείς μετρήσεις μέχρι σήμερα. Αυτή είναι η πρώτη φορά που οι επιστήμονες μέτρησαν την ιστορία της διαστολής του νεαρού σύμπαντος με ακρίβεια μεγαλύτερη από 1%, δίνοντάς μας την καλύτερη εικόνα για το πώς εξελίχθηκε το σύμπαν. Οι ερευνητές δημοσίευσαν την ανάλυση των δεδομένων που συλλέχθηκαν τον πρώτο χρόνο της λειτουργίας της DESI σε πολλές εργασίες που προς το παρόν αναρτήθηκαν στο arXiv ή ανακοινώθηκαν σε συνέδρια στις ΗΠΑ και την Ιταλία.

Mια διαδραστική πτήση μέσα από εκατομμύρια γαλαξίες που έχουν χαρτογραφηθεί χρησιμοποιώντας τα δεδομένα από την DESI.

Μέχρι στιγμής, τα δεδομένα δείχνουν ότι σε γενικές γραμμές υπάρχει μια συμφωνία με το αποδεκτό θεωρητικό μοντέλο για το σύμπαν ΛCDM, αλλά προκύπτουν επίσης και μερικές δυνητικά ενδιαφέρουσες αποκλίσεις που δείχνουν ότι η σκοτεινή ενέργεια εξελίσσεται με το χρόνο. Αυτές οι αποκλίσεις είναι πιθανό να εξαφανιστούν όταν εμπλουτιστεί η στατιστική των δεδομένων με περισσότερα δεδομένα. Πέρα όμως από την επιβεβαίωση ή όχι της μεταβολής της σκοτεινής ενέργειας κατά την διαστολή του σύμπαντος, η ανάλυση του συνόλου των δεδομένων θα βελτιώσει τον υπολογισμό της σταθεράς Hubble (που μας δείχνει πόσο γρήγορα διαστέλλεται το σύμπαν σήμερα), αλλά και την κοσμολογική εκτίμηση της μάζας των νετρίνων.Μελετώντας τον χάρτη της DESI, είναι εύκολο να δει κανείς την υποκείμενη δομή του σύμπαντος. Όμως, το πολύ αρχέγονο σύμπαν, που δεν μπορεί να δει η DESI, ήταν αρκετά διαφορετικό: μια καυτή, πυκνή σούπα υποατομικών σωματιδίων που κινούνταν πολύ γρήγορα. Μεταξύ αυτών των σωματιδίων ήταν τα βαρυόνια, κυρίως πρωτόνια και νετρόνια που στη συνέχεια σχημάτισαν τα άτομα, κυρίως υδρογόνο και ήλιο, τα οποία αποτελούν την ορατή ύλη του σύμπαντος.Οι μικροσκοπικές διακυμάνσεις σε αυτό το αρχέγονο ιονισμένο πλάσμα προκάλεσαν κύματα πίεσης, εξαναγκάζοντας τα βαρυόνια σε ένα μοτίβο κυματισμών παρόμοιο με αυτό που θα βλέπατε αν πετάξετε ένα βότσαλο σε λίμνη. Καθώς το σύμπαν διαστελλόταν και ψυχόταν, σχηματίστηκαν ουδέτερα άτομα και τα κύματα πίεσης έπαψαν, «παγώνοντας» τους κυματισμούς σε τρεις διαστάσεις και αυξάνοντας την συσσώρευση των μελλοντικών γαλαξιών στις πυκνές περιοχές. Δισεκατομμύρια χρόνια μετά, μπορούμε ακόμα να δούμε αυτό το αχνό μοτίβο τρισδιάστατων κυματισμών ή φυσαλίδων, στον χαρακτηριστικό διαχωρισμό των γαλαξιών- ένα χαρακτηριστικό που αναφέται ως Βαρυονικές Ακουστικές Ταλαντώσεις (BAOs).Oι ερευνητές χρησιμοποιούν τις μετρήσεις BAOs ως κοσμικό χάρακα για την κλίμακα μήκους στην κοσμολογία. Το μήκος αυτού του χάρακα δίνεται από την μέγιστη απόσταση που θα μπορούσαν να διανύσουν τα ακουστικά κύματα στο αρχέγονο πλάσμα πριν αυτό ψυχθεί μέχρι την θερμοκρασία που σχηματίστηκαν τα ουδέτερα άτομα (την εποχή επανασύνδεσης). Το μήκος αυτού του τυπικού χάρακα (≈490 εκατομμύρια έτη φωτός στο σημερινό σύμπαν) μπορεί να μετρηθεί εξετάζοντας τη δομή μεγάλης κλίμακας της ύλης χρησιμοποιώντας αστρονομικές παρατηρήσεις. Η χαρτογράφηση των φυσαλίδων BAOs επιτρέπει στους ερευνητές να τεμαχίσουν τα δεδομένα σε κομμάτια, μετρώντας πόσο γρήγορα διαστέλλονταν το σύμπαν κάθε χρονική στιγμή στο παρελθόν του και να προσδιορίσουν την επίδραση της σκοτεινής ενέργειας σ’ αυτή τη διαστολή.

Το βίντεο δείχνει πώς οι Βαρυονικές Ακουστικές Ταλαντώσεις (BAOs) λειτουργούν ως κοσμικός χάρακας για τη μέτρηση της διαστολής του σύμπαντος 

Η χρήση γαλαξιών για τη μέτρηση της ιστορίας της διαστολής και την καλύτερη κατανόηση της σκοτεινής ενέργειας είναι μία τεχνική, αλλά έχει κάποια όρια. Από ένα ορισμένο σημείο και μετά το φως από τους τυπικούς γαλαξίες είναι πολύ αχνό, οπότε οι ερευνητές στρέφονται στα κβάζαρ – στους εξαιρετικά μακρινούς και φωτεινούς γαλαξιακούς πυρήνες με μαύρες τρύπες στο κέντρο τους. Το φως από τα κβάζαρ απορροφάται καθώς περνά μέσα από διαγαλαξιακά νέφη αερίου, επιτρέποντας στους ερευνητές να χαρτογραφήσουν τους θύλακες της πυκνής ύλης και να τους χρησιμοποιήσουν με τον ίδιο τρόπο που χρησιμοποιούν τους γαλαξίες. Η μέθοδος αυτή επιτρέπει στους αστρονόμους να δούν το σύμπαν όταν ήταν πολύ νέο.Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν 450.000 κβάζαρ, το μεγαλύτερο σύνολο που συλλέχθηκε ποτέ για τέτοιου είδους μετρήσεις, ώστε να προεκτείνουν τις μετρήσεις των BAOs μέχρι 11 δισεκατομμύρια χρόνια πίσω στο παρελθόν. Μέχρι το τέλος της έρευνας, η DESI θα χαρτογραφήσει 3 εκατομμύρια κβάζαρ και 37 εκατομμύρια γαλαξίες!Η DESI είναι το πρώτο φασματοσκοπικό πείραμα που πραγματοποίησε μια πλήρως «τυφλή ανάλυση», η οποία κρύβει το πραγματικό αποτέλεσμα καθώς οι επιστήμονες που επεξεργάζονται τα δεδομένα, για να αποφευχθεί οποιαδήποτε ασυνείδητη μεροληψία.

Τα διαγράμματα που ακολουθούν δείχνουν τα μέχρι τώρα αποτελέσματα της DESI:

Οι μετρήσεις της DESI διαφέρουν από την θεωρητική πρόβλεψη του ΛCDM κατά 2,5σ, 3,5σ ή 3,9σ, ανάλογα με τον κατάλογο των σουπερνόβα χρησιμοποιήθηκε στην ανάλυση των δεδομένων. Τι σημαίνουν αυτά τα «σίγμα»;
Φανταστείτε ότι ρίχνετε ένα τίμιο νόμισμα 100 φορές. Θεωρητικά αναμένονται 50 κορώνες και 50 γράμματα. Αν έρθουν 60 κορώνες, τότε λέμε πως έχουμε απόκλιση 2σ από την αναμενόμενη τιμή. Οι πιθανότητες για να συμβεί κάτι τέτοιο τυχαία (σε αντίθεση με ένα ‘φτιαγμένο’ νόμισμα) είναι 1 στις 20. Αν έρθουν 75 κορώνες – η πιθανότητα για να συμβεί αυτό τυχαία είναι 1 προς 2 εκατομμύρια – και πλέον η απόκλιση από την θεωρητική τιμή είναι 5σ. Αν oι μελλοντικές μετρήσεις της DESI φτάσουν να διαφέρουν από την θεωρητική πρόβλεψη του ΛCDM κατά 5σ, τότε και μόνο τότε θα θεωρήσουμε πως υπάρχει μια νέα ανακάλυψη στην Φυσική.

πηγές:
1. First Results from DESI Make the Most Precise Measurement of Our Expanding Universe – https://newscenter.lbl.gov/2024/04/04/desi-first-results-make-most-precise-measurement-of-expanding-universe/
2. Dark Energy May Be Weakening, Major Astrophysics Study Finds – https://www.quantamagazine.org/dark-energy-may-be-weakening-major-astrophysics-study-finds-20240404

Το Φασματοσκόπιο Σκοτεινής Ενέργειας (DESI) στο Εθνικό Αστεροσκοπείο Kitt Peak στην Αριζόνα, πραγματοποιεί τις πιο ακριβείς μετρήσεις σκοτεινής ενέργειας.

Ο χάρτης του σύμπαντός μας από τη DESI. Η Γη βρίσκεται στο κέντρο αυτού του πλήρους χάρτη. Στο μεγεθυμένο τμήμα, είναι εύκολο να δούμε την υποκείμενη δομή της ύλης στο σύμπαν.

Το διάγραμμα Hubble της DESI παρουσιάζει το χαρακτηριστικό μοτίβο, τις ακουστικές ταλαντώσεις βαρυονίων (ή «φυσαλίδες» BAO), σε διαφορετικές ηλικίες του σύμπαντος. Η ποσότητα της σκοτεινής ενέργειας καθορίζει πόσο γρήγορα διαστέλλεται το σύμπαν και επομένως το μέγεθος των φυσαλίδων. Τα πειραματικά σημεία με τα σφάλματα δείχνουν το μέγεθος των ΒΑΟ μετρημένο με διαφορετικό τρόπο. Η οριζόνται γραμμή που τέμνει τον οριζόντιο άξονα στο σημείο 1 εκφράζει το μέγεθος των BAO που προβλέπει το Καθιερωμένο Κοσμολογικό Πρότυπο (ΛCDM). Η διακεκομμένη γραμμή δείχνει την πρόβλεψη από ένα διαφορετικό μοντέλο όπου η σκοτεινή ενέργεια μεταβάλλεται με το χρόνο. Η DESI θα συγκεντρώσει περισσότερα δεδομένα για να προσδιορίσει ποιο μοντέλο δίνει την καλύτερη περιγραφή του σύμπαντος.

Μια επεξηγηματική παρουσίαση του προηγούμενου διαγράμματος (Credit: Claire Lamman/DESI collaboration)(ΦΩΤ.4)