Κοσμολογία

Το πρώτο μόριο του σύμπαντος εντοπίστηκε στο διάστημα για πρώτη φορά.

Αμερικανοί και Γερμανοί επιστήμονες, έπειτα από δεκαετίες αναζήτησης, ανακάλυψαν για πρώτη φορά στο διάστημα το πρώτο μόριο που σχηματίσθηκε ποτέ στο σύμπαν. Πρόκειται για το υδρίδιο του ηλίου, η «υπογραφή» του οποίου ανιχνεύθηκε στον γαλαξία μας με τη βοήθεια του μεγαλύτερου στον κόσμο αερομεταφερόμενου επιστημονικού εργαστηρίου, του Στρατοσφαιρικού Παρατηρητηρίου για Υπέρυθρη Αστρονομία (SOFIA) της Αμερικανικής Διαστημικής Υπηρεσίας (NASA) και του Γερμανικού Αεροδιαστημικού Κέντρου.

Το αεροσκάφος-παρατηρητήριο SOFIA -ένα τροποποιημένο Boeing 747SP- πετάει περίπου 14.000 μέτρα πάνω από την επιφάνεια της Γης και τα ευαίσθητα όργανα του στοχεύουν στο διάστημα, απαλλαγμένα από τις παρεμβολές της χαμηλότερης ατμόσφαιρας. Με τρόπο αυτό βρέθηκε το υδρίδιο του ηλίου σε ένα μικρό αλλά φωτεινό πλανητικό νεφέλωμα (NGC 7027) ηλικίας περίπου 600 ετών, το απομεινάρι ενός άστρου σαν τον Ήλιο μας, σε απόσταση 3.000 ετών φωτός από τη Γη, κοντά στον αστερισμό του Κύκνου. Στο νεφέλωμα αυτό οι συνθήκες (υπεριώδης ακτινοβολία και θερμότητα) είναι κατάλληλες για να σχηματισθεί το συγκεκριμένο μόριο.

Όταν το σύμπαν είχε πολύ νεαρή ηλικία και ήταν καυτό, υπήρχαν μόνο ελάχιστα είδη ατόμων, κυρίως υδρογόνου και ηλίου. Περίπου 100.000 χρόνια μετά την αρχική «Μεγάλη Έκρηξη» (Μπιγκ Μπανγκ), καθώς η θερμοκρασία είχε πλέον πέσει στους 3.700 βαθμούς Κελσίου, εκτιμάται ότι ένα άτομο ηλίου και ένα άτομο υδρογόνου συνδυάσθηκαν, δημιουργώντας τον πρώτο χημικό δεσμό, για να φτιάξουν το μόριο του υδριδίου του ηλίου. Το εν λόγω θετικά φορτισμένο μόριο (HeH+) υπάρχει και σήμερα σε ορισμένα μέρη του σύμπαντος, αλλά ποτέ έως τώρα δεν είχε εντοπισθεί, παρόλο που άλλα μεγαλύτερα οργανικά μόρια είχαν βρεθεί.

Η ανακάλυψη αποδεικνύει την ύπαρξη του στο διάστημα, η οποία έως σήμερα ήταν θεωρητική. Επιβεβαιώνεται έτσι είναι σωστή η κατανόηση των επιστημόνων για την απλή χημεία του πρώιμου σύμπαντος και πώς αυτή εξελίχθηκε στην πορεία δισεκατομμυρίων ετών στη σημερινή πολύπλοκη χημεία του.

Όταν σταδιακά τα άτομα δημιούργησαν τα πρώτα μόρια, το σύμπαν τελικά έριξε τη θερμοκρασία του. Τότε άτομα υδρογόνου μπόρεσαν να αλληλεπιδράσουν με το μόριο του υδριδίου του ηλίου και να δημιουργήσουν για πρώτη φορά το μοριακό υδρογόνο, το βασικό μόριο που είναι υπεύθυνο για τη δημιουργία των πρώτων άστρων. Με τη σειρά τους, τα άστρα σχημάτισαν στο εσωτερικό τους όλα τα άλλα χημικά στοιχεία που απαρτίζουν το σημερινό κόσμο.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον Ρολφ Γκούεστεν του γερμανικού Ινστιτούτου Ραδιοαστρονομίας Μαξ Πλανκ στη Βόννη, έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Nature».

«Το μόριο κρυβόταν κάπου εκεί έξω, αλλά χρειαζόμασταν τα κατάλληλα όργανα για να κάνουμε τις σωστές παρατηρήσεις και η SOFIA ήταν σε τέλεια θέση για να κάνει κάτι τέτοιο», δήλωσε ο Γιορκ Χάρολντ Γιορκ, διευθυντής του Κέντρου Επιστήμης SOFIA στη Σίλικον Βάλεϊ της Καλιφόρνια.

Το ήλιο είναι ένα ευγενές αέριο που είναι απίθανο να συνδυασθεί με άλλο είδος ατόμου. Όμως το 1925 οι επιστήμονες κατάφεραν για πρώτη φορά να δημιουργήσουν στο εργαστήριο τους το μόριο του υδριδίου του ηλίου, «χειραγωγώντας» το ήλιο να μοιραστεί ένα από τα ηλεκτρόνια του με ένα ιόν υδρογόνου.

Ακολούθησε η προσπάθεια να βρεθεί το ίδιο μόριο στο διάστημα και από τη δεκαετία του 1970 το συγκεκριμένο νεφέλωμα NGC 7027 είχε αποτελέσει στόχο των ερευνών, έως την τελική δικαίωση των επιστημόνων. «Είναι συναρπαστικό που για πρώτη φορά επιτέλους το είδαμε στο διάστημα. Αυτή είναι η ευτυχής κατάληξη σε μια μακρά έρευνα και διαλύει τις αμφιβολίες σχετικά με την κατανόηση μας για τις χημικές διεργασίες στο πρώιμο σύμπαν», δήλωσε ο Γκούεστεν.

Πάντως άλλοι επιστήμονες επεσήμαναν ότι καθώς βρέθηκε μόνο μια «υπογραφή» του πρωταρχικού μορίου, πρέπει για επιβεβαίωση να βρεθεί τουλάχιστον άλλη μία σε άλλο σημείο του σύμπαντος.

Δείτε εδώ την επιστημονική δημοσίευση.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1090-x

https://www.in.gr/2019/04/18/tech/proto-morio-tou-sympantos-entopistike-sto-diastima-gia-proti-fora/

Νεότερες μετρήσεις δείχνουν ότι το σύμπαν διαστέλλεται ταχύτερα.

Το σύμπαν διαστέλλεται πολύ ταχύτερα από ό,τι υπολογίζαμε μέχρι πρότινος, σύμφωνα με νεότερες μετρήσεις του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble της NASA και της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας (ESA).

Το σύμπαν εξαπλώνεται, διαρκώς με συνέπεια οι αποστάσεις ανάμεσα στους γαλαξίες να αυξάνονται κάθε δευτερόλεπτο.

Ωστόσο, από το 2016 κι έπειτα έχουν προκύψει στοιχεία που καταδεικνύουν ότι ο πραγματικός ρυθμός διαστολής είναι έως εννέα τοις εκατό μεγαλύτερος σε σχέση με τις προγενέστερες εκτιμήσεις μας.

Στην πράξη, οι καινούργιες μετρήσεις του Hubble ενισχύουν την πεποίθηση ότι ο ρυθμός διαστολής του σύμπαντος είναι πράγματι μεγαλύτερος, καθώς συρρικνώνουν την πιθανότητα να έχουμε λαθέψει στις μετρήσεις μας. Η στατιστική πιθανότητα αστοχίας ανέρχεται πλέον σε 1 προς 100.000, ενώ προηγουμένως ήταν 1 προς 3.000.

Με βάση τα καινούργια δεδομένα ο ρυθμός διαστολής του σύμπαντος υπολογίζεται πλέον σε 74,03 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά μεγαπαρσέκ. Με άλλα λόγια για κάθε 3,3 εκατομμύρια έτη φωτός που χωρίζει την Γη από έναν μακρινό γαλαξία, αυτός φαίνεται να κινείται κατά 74 χιλιόμετρα ταχύτερα λόγω της διαστολής του σύμπαντος.

Η αναθεωρημένη σταθερά είναι κατά 9% μεγαλύτερη σε σχέση με τα 67,4 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά μεγαπαρσέκ που υπολογίζαμε στο παρελθόν, ουσιαστικά επιβεβαιώνοντας τα στοιχεία του 2016.

διαβάστε περισσότερα ΕΔΩ:

http://www.skai.gr/news/technology/article/402686/to-suban-diastelletai-polu-tahutera-apo-oti-nomizame/#ixzz5m9HI4Zd5

και ΕΔΩ:

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/mystery-of-the-universe-s-expansion-rate-widens-with-new-hubble-data

https://physicsgg.me/2019/04/26/%ce%bd%ce%b5%cf%8c%cf%84%ce%b5%cf%81%ce%b5%cf%82-%ce%bc%ce%b5%cf%84%cf%81%ce%ae%cf%83%ce%b5%ce%b9%cf%82-%ce%b4%ce%b5%ce%af%cf%87%ce%bd%ce%bf%cf%85%ce%bd-%cf%8c%cf%84%ce%b9-%cf%84%ce%bf-%cf%83%cf%8d/

Προβληματισμός στην επιστημονική κοινότητα για την ταχύτερη του αναμενομένου επέκταση του σύμπαντος.

Η ανακοίνωση των επιστημόνων, προ ημερών, ότι βλέπουν το σύμπαν να επεκτείνεται ταχύτερα του αναμενομένου, με ρυθμό περίπου 9% πιο γρήγορο απ’ ό,τι προβλέπεται θεωρητικά, δημιούργησε νέο προβληματισμό στην επιστημονική κοινότητα.

Αστρονόμοι, φυσικοί και κοσμολόγοι αντιλαμβάνονται ότι κάτι δεν πάει καλά με τις θεωρίες τους για το πώς «δουλεύει» ο κόσμος και άρα χρειάζονται μια νέα Φυσική, που να μπορεί να εξηγήσει καλύτερα τι συμβαίνει στο σύμπαν. Το πρόβλημα είναι γνωστό εδώ και χρόνια, αλλά πλέον αναζητά επειγόντως μια απάντηση.

Η νέα ανακοίνωση από τον νομπελίστα αμερικανό καθηγητή Φυσικής και Αστρονομίας Άνταμ Ρις του Πανεπιστημίου Τζονς Χόπκινς, που επιβεβαιώνει την ταχύτερη διαστολή του σύμπαντος, χωρίς να μπορεί να δοθεί ακόμη μια εξήγηση για το μυστήριο, λειτούργησε ως «καμπανάκι κινδύνου» για τους επιστήμονες.

Ο Ρις είχε μοιραστεί το Νόμπελ Φυσικής του 2011 με τους Μπράιαν Σμιτ και Σολ Περλμούτερ, ακριβώς επειδή είχαν πρώτοι δείξει στο τέλος της δεκαετίας του 1990 ότι η επέκταση του σύμπαντος όχι μόνο είναι υπαρκτή, αλλά είναι επίσης -για κάποια «σκοτεινή» αιτία- και επιταχυνόμενη.

Το σύμπαν μεγαλώνει συνεχώς και ο χώρος ανάμεσα στους γαλαξίες «ξεχειλώνει». Ο ρυθμός επέκτασης του σύμπαντος ονομάζεται «σταθερά του Χαμπλ», επειδή πρώτος ο αμερικανός αστρονόμος Έντουιν Χαμπλ παρατήρησε το φαινόμενο της συμπαντικής διαστολής το 1929.

Ο νέος ακριβέστερος υπολογισμός της σταθεράς από την ομάδα του Ρις έγινε κυρίως με τη βοήθεια παρατηρήσεων από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble 70 μεταβλητών αστέρων στο Μεγάλο Μαγγελανικό Νέφος, ένα γαλαξία δορυφορικό του δικού μας. Τα εν λόγω άστρα (Κηφείδες) αυξομειώνουν τη φωτεινότητά τους με προβλεπόμενους ρυθμούς, πράγμα που τα καθιστά χρήσιμα για τη δημιουργία μιας κλίμακας για τον υπολογισμό των κοσμικών αποστάσεων (η μελέτη του φωτός των εκρήξεων σούπερ-νόβα βοηθά περαιτέρω).

Ο ρυθμός επέκτασης του σύμπαντος υπολογίστηκε σε περίπου 74,03 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec (ένα megaparsec είναι γύρω στα 3,26 εκατομμύρια έτη φωτός). Αυτό σημαίνει ότι για κάθε 3,3 εκατομμύρια έτη φωτός που ένας γαλαξίας είναι μακρύτερα από τη Γη, φαίνεται να απομακρύνεται από εμάς με ταχύτητα 74 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο πιο γρήγορα.

Η αβεβαιότητα του νέου αριθμού εκτιμήθηκε σε μόλις 1,9%, έναντι 10% το 2001 και 5% το 2009, ενώ η πιθανότητα λάθους υπολογίστηκε σε μόλις μία πιθανότητα στις 100.000. Το μεγάλο πρόβλημα είναι ότι η αναμενόμενη επέκταση του σύμπαντος θα έπρεπε να είναι 67,4 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec, με βάση τις παρατηρήσεις του αξιόπιστου ευρωπαϊκού δορυφόρου Planck σχετικά με την κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, δηλαδή του φωτός που είναι το απομεινάρι από την αρχική «Μεγάλη Έκρηξη» (Μπιγκ Μπανγκ) της δημιουργίας του σύμπαντος πριν από 13,82 δισεκατομμύρια χρόνια. Είναι σαν το πρώιμο σύμπαν να συμπεριφερόταν διαφορετικά από το σημερινό.

Όπως είπε ο Ρις, «δεν είναι μόνο ότι οι δύο μετρήσεις διαφέρουν, αλλά μετρούμε τελικά κάτι θεμελιωδώς διαφορετικό. Η μία μέτρηση αφορά το πόσο γρήγορα επεκτείνεται το σύμπαν όπως το βλέπουμε. Η άλλη είναι μια πρόβλεψη με βάση τη φυσική του πρώιμου σύμπαντος και τις μετρήσεις τού πόσο γρήγορα θα έπρεπε αυτό να επεκτείνεται. Αν οι δύο μετρήσεις δεν συμφωνούν, τότε υπάρχει πολύ σοβαρή πιθανότητα πως κάτι λείπει από το κοσμολογικό μοντέλο που συνδέει τις δύο εποχές».

Η μυστηριώδης σκοτεινή ενέργεια

Ως υπεύθυνη για την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος έχει θεωρηθεί η λεγόμενη σκοτεινή ενέργεια, που θεωρείται ότι αποτελεί περίπου το 70% της μάζας-ενέργειας του σύμπαντος. Αποκαλείται σκοτεινή απλούστατα επειδή κανείς δεν ξέρει τι είναι, όπως αντίστοιχα συμβαίνει με την αποκαλούμενη σκοτεινή ύλη.

Οι επιστήμονες υποθέτουν ότι η σκοτεινή ενέργεια – ό,τι και αν είναι αυτή- υπήρχε ήδη από τα πρώτα δευτερόλεπτα της γέννησης του σύμπαντος και άρχισε εξ αρχής να ωθεί την ύλη να επεκταθεί. Η ίδια ενέργεια υποτίθεται ότι ευθύνεται και για την επιταχυνόμενη διαστολή, λειτουργώντας ως ένα είδος κοσμικής αντιβαρύτητας. Υπό την επιρροή της σκοτεινής ενέργειας, εκτιμάται ότι το σύμπαν διπλασιάζει το μέγεθος του κάθε δέκα δισεκατομμύρια χρόνια, άγνωστο με ποιο στόχο (αν υπάρχει στόχος…).

«Αν θέλουμε να είμαστε σοβαροί με την κοσμολογία, πρέπει να πάρουμε στα σοβαρά αυτό το πρόβλημα» δήλωσε η φυσικός Λάιζα Ράνταλ του Πανεπιστημίου Χάρβαρντ στους «Τάιμς της Νέας Υόρκης».

Ανάμεσα στις εναλλακτικές εξηγήσεις που έχουν προταθεί, είναι η «σκοτεινή ακτινοβολία» ενός υποτιθέμενου υποατομικού σωματιδίου -ίσως ενός άγνωστου έως τώρα είδους νετρίνου, πέρα από τα τρία που έχουν βρεθεί-, το οποίο ταξιδεύει σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός. Ή η πιθανότητα η σκοτεινή ύλη (η αόρατη μορφή της ύλης που δεν αποτελείται από πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια) να αλληλεπιδρά πιο έντονα με τη συνήθη ύλη και ακτινοβολία απ’ ό,τι έχει υποτεθεί μέχρι σήμερα.

Αλλά καμία προτεινόμενη εξήγηση δεν έχει αποκτήσει αληθινή αξιοπιστία, ούτε έχει επιβεβαιωθεί. «Είμαστε σε σύγχυση και ελπίζουμε ότι η σύγχυση θα οδηγήσει σε κάτι καλό» δήλωσε στωικά ο βετεράνος κοσμολόγος Μάικλ Τέρνερ του Πανεπιστημίου του Σικάγου.

Αν η σκοτεινή ενέργεια συνεχίσει τον «καλπασμό» της με το σημερινό ρυθμό, τότε προβάλλει στον ορίζοντα ένα εφιαλτικό υπαρξιακό σενάριο: μια μέρα στο μέλλον τα πάντα θα έχουν απομακρυνθεί πια τόσο πολύ από τη Γη, ώστε τίποτε να μην είναι ορατό στον ουρανό. Η Γη -και κάθε άλλος πλανήτης- θα ζει μέσα στο απόλυτο σκοτάδι.

Ακόμη χειρότερα, μπορεί μια μέρα τα άτομα και τα υποατομικά σωματίδια να διαλυθούν εκ των ένδον, διαρρηγνύοντας κάθε δεσμό της ύλης, οπότε δεν θα υπάρχει πια Γη, ούτε σύμπαν με υλική μορφή (το σενάριο της υπέρτατης κοσμικής καταστροφής).

Αν όμως η σκοτεινή ενέργεια εμφανίζει αυξομειώσεις διαχρονικά, άρα ίσως «φρεναριστεί» μελλοντικά, τότε μπορεί κανείς να ελπίζει σε ένα πιο αισιόδοξο μέλλον για την ανθρωπότητα και τον πλανήτη της.

https://www.in.gr/2019/05/11/tech/provlimatismos-stin-epistimoniki-koinotita-gia-tin-taxyteri-tou-anamenomenou-epektasi-tou-sympantos/

Νέα βαρυτικά κύματα.

Τον περασμένο μήνα ξεκίνησε η τρίτη περίοδος ερευνών βαρυτικών κυμάτων από τα ειδικά εργαστήρια LIGO στις ΗΠΑ σε συνεργασία με το ευρωπαϊκό εργαστήριο VIRGO κοντά στην Πίζα της Ιταλίας, το οποίο διευθύνεται από τον Σταύρο Κατσανέβα, που είναι ένας από τους κορυφαίους φυσικούς στον κόσμο. Μέσα στον πρώτο μήνα των ερευνών τους τα εργαστήρια αυτά κατόρθωσαν να εντοπίσουν πέντε διαφορετικές πηγές βαρυτικών κυμάτων, η εμφάνιση των οποίων καταγράφεται πλέον σε εβδομαδιαία βάση και από διαφορετικές πηγές. Ηδη από τις πέντε νέες παρατηρήσεις η τελευταία, που εντοπίστηκε στις 26 Απριλίου, αφορά την αφομοίωση ενός άστρου νετρονίων από μία μαύρη τρύπα, κάτι που παρατηρείται για πρώτη φορά.

Η παρατήρηση πάντως που έγινε μία μέρα νωρίτερα οφείλεται στη σύγκρουση δύο άστρων νετρονίων (πάλσαρ) με τη μορφή μιας «κιλονόβας», που είναι 1.000 φορές πιο έντονη από τις κανονικές αστρικές εκρήξεις νόβα, γεγονός που βοηθά ιδιαίτερα στη μελέτη τέτοιων κατακλυσμιαίων φαινομένων όχι μόνο με τη μορφή βαρυτικών κυμάτων αλλά και ηλεκτρομαγνητικών ακτινοβολιών τις οποίες μελετούν τα επίγεια και τα διαστημικά μας τηλεσκόπια. Η πηγή αυτή φαίνεται ότι βρισκόταν σε απόσταση 500 εκατομμυρίων ετών φωτός, ενώ η προηγούμενη παρόμοια δημιουργία βαρυτικών κυμάτων από τη σύγκρουση δύο άστρων νετρονίων είχε εντοπιστεί πριν από δύο χρόνια, στις 17 Αυγούστου 2017.

Οταν δύο τέτοια άστρα νετρονίων βρεθούν το ένα δίπλα στο άλλο, αρχίζει ένας ναπολιτάνικος χορός που αργά ή γρήγορα θα καταλήξει στη σύγκρουσή τους και στη δημιουργία μιας μαύρης τρύπας με το 90% των υλικών των δύο πάλσαρ. Κατά τη διάρκεια όμως της σύγκρουσης μία ποσότητα υλικών ίση με 16.000 φορές τα υλικά της Γης μετατρέπεται σε βαρέα χημικά στοιχεία μεταξύ των οποίων και ο χρυσός σε ποσότητα που υπολογίζεται ότι φτάνει τις 800 σεληνιακές μάζες. Και έτσι μαζί με τη δημιουργία μιας μαύρης τρύπας, την εκπομπή τεράστιων ποσοτήτων βαρυτικών κυμάτων και εκλάμψεων ακτίνων γάμμα, δημιουργούνται επίσης και τα υπόλοιπα βαρέα στοιχεία ανώτερα του σιδήρου.

Οι ανιχνευτές LIGO είναι ό,τι καλύτερο διαθέτουμε για τον εντοπισμό των βαρυτικών κυμάτων. Καθένας από τους ανιχνευτές αυτούς αποτελείται από δύο κυλινδρικούς βραχίονες, κάθετους μεταξύ τους, με μήκος 4 χλμ. ο καθένας σε απόλυτο σχεδόν κενό που φτάνει να είναι ίσο με το ένα τρισεκατομμυριοστό της ατμοσφαιρικής πίεσης που επικρατεί στην επιφάνεια της θάλασσας. Στο εσωτερικό των κυλίνδρων εκπέμπονται δέσμες ακτίνων λέιζερ που ανακλώνται συνεχώς από καθρέφτες με αποτέλεσμα η απόσταση των 4 χλμ. να αυξάνεται κατά 280 φορές, κάνοντας έτσι το μήκος κάθε βραχίονα ουσιαστικά να είναι ίσο με 1.120 χλμ. Μ’ αυτόν τον τρόπο μπορούμε να μετρήσουμε απειροελάχιστες διακυμάνσεις μέχρι και μήκους ενός δεκάκις χιλιοστού της διαμέτρου ενός πρωτονίου.

Στην ουσία οι ανιχνευτές των εργαστηρίων LIGO δεν είναι τίποτε άλλο παρά τεράστια συμβολόμετρα, μιας τεχνικής που χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στην πιο απλή της μορφή το 1887 στο πείραμα «Michelson-Morley», αν και το LIGO είναι ουσιαστικά 144.000 φορές μεγαλύτερο εκείνου. Σήμερα, η τεχνική αυτή χρησιμοποιείται ευρέως στην Αστρονομία, όπως για παράδειγμα στην περίπτωση του συστήματος των ραδιοτηλεσκοπίων ALMA του Ευρωπαϊκού Νότιου Αστεροσκοπείου, που είναι εγκατεστημένα στη Χιλή. Η δημιουργία τέτοιων εργαστηρίων εγκατεστημένων σε μεγάλες αποστάσεις μεταξύ τους είναι απαραίτητη γιατί οι ανιχνευτές αυτοί είναι τόσο ευαίσθητοι ώστε μπορούν να καταγράψουν τους κραδασμούς από τη διέλευση ενός φορτηγού στην περιοχή τους, μέχρι και τις διακυμάνσεις ενός μικρού σεισμού χιλιάδες χιλιόμετρα μακριά. Η μεγάλη απόστασή τους χρησιμεύει επίσης και στον καλύτερο εντοπισμό της απόστασης της πηγής των βαρυτικών κυμάτων γιατί λόγω της απόστασης καταγράφονται οι ίδιες βαρυτικές ταλαντώσεις, αλλά με μια ελάχιστα μικρή χρονική καθυστέρηση ίση με δέκα χιλιοστά του δευτερολέπτου, ενώ η προσθήκη και του τρίτου εργαστηρίου στην Πίζα της Ιταλίας (VIRGO) βοηθάει ακόμη περισσότερο στον εντοπισμό.

Και έτσι στο άμεσο μέλλον υπολογίζεται ότι θα υπάρξουν ακόμη πιο μεγάλες δυνατότητες απ’ ό,τι προηγουμένως, αφού η έκταση των παρατηρήσεων των ανιχνευτών αυτών θα επεκταθεί με τη δημιουργία και άλλων ανιχνευτών όχι μόνο στην επιφάνεια της Γης αλλά και στο Διάστημα (LISA). Με την ενεργοποίηση σύντομα δύο νέων παρόμοιων εργαστηρίων στην Ιαπωνία και τις Ινδίες η ευαισθησία τους θα γίνει ακόμη πιο έντονη. Στους επόμενους μήνες μάλιστα προβλέπεται ότι θα υπάρξουν πολλές ακόμη καταγραφές βαρυτικών κυμάτων, ενώ στα επόμενα δύο χρόνια τέτοιου είδους καταγραφές αναμένεται ότι θα γίνονται σε καθημερινή βάση εμπλουτίζοντας ουσιαστικά τις γνώσεις μας για το σύμπαν.

http://www.kathimerini.gr/1023388/article/politismos/vivlio/nea-varytika-kymata

Κοσμολογία, Μαύρες Τρύπες και Ουίσκι

Το Pint of Science, μετά την πρώτη επαφή με το ελληνικό κοινό, επανέρχεται για δεύτερη χρονιά στην Αθήνα και στη Θεσσαλονίκη, ενώ για πρώτη φορά ανοίγει πανιά για το Ηράκλειο, τη Σέριφο και τον Βόλο.

Τι είναι το Pint of Science;

Είναι μια πρωτότυπη και ξεχωριστή ετήσια γιορτή της επιστήμης που διοργανώνεται, από το 2015 ανά την υφήλιο. Ένα μεγάλο κίνημα στο πλαίσιο της διάχυσης της επιστήμης που ξεκίνησε το 2012 από μια παρέα φίλων ερευνητών στα εργαστήρια του Imperial College of Science, Technology and Medicine στο Λονδίνο υιοθετώντας τη φιλοσοφία των pubs. Σκοπός είναι να φέρει κοντά τους επιστήμονες και την κοινωνία με τρόπο απλό και άμεσο, στο οικείο και φιλικό περιβάλλον ενός bar. Όραμα της ομάδας να διαδοθεί το πάθος για τη γνώση και την επιστημονική έρευνα.

Πότε και πού;

Από τις 20 έως 22 Μαΐου νέοι και καταξιωμένοι ερευνητές απ’ όλα τα επιστημονικά πεδία θα δώσουν σύντομες ομιλίες σε κεντρικά bar της Αθήνας, Θεσσαλονίκης, Κρήτης, Σερίφου και Βόλου, ταυτόχρονα με συναδέλφους τους ερευνητές σε άλλες 25 χώρες και περισσότερες από 400 πόλεις ανά τον κόσμο. Για τρεις συνεχείς ημέρες, σε συγκεκριμένα bar και με ελεύθερη είσοδο, θα πραγματοποιούνται γύρω στις 10 ομιλίες ενώ η επικοινωνία επιστημόνων και κοινού, με καταλύτη την αιθανόλη, θα οδηγεί με μαθηματική ακρίβεια σε χαλαρή και εποικοδομητική συζήτηση.

Τα bars που θα φιλοξενήσουν το Pint of Science στην Αθήνα βρίσκονται στην καρδιά της πρωτεύουσας και στις ποιο αγαπημένες μας γειτονιές.

Το Pint of Science απευθύνεται σε κοινό κάθε ηλικίας, και καλύπτει μια σειρά από επίκαιρα επιστημονικά θέματα επιλεγμένα από τις πιο «καυτές» θεματικές της επιστήμης που προβληματίζουν τον σύγχρονο άνθρωπο.

Η θεματολογία είναι χωρισμένη σε 6 ενότητες: Beautiful Mind (νευροεπιστήμες, ψυχιατρική και ψυχολογία), Atoms to Galaxies (φυσική, χημεία, μαθηματικά), Our Body (ανθρώπινη βιολογία, υγεία, και ιατρική), Planet Earth (περιβαλλοντικές επιστήμες, ζωολογία, φυτικές επιστήμες), Τech Me Out (τεχνολογία, μηχανική, και ηλεκτρονικοί υπολογιστές), Our Society (κοινωνιολογία, νομική, ιστορία και πολιτικές επιστήμες).

Τις επιστημονικές ομιλίες σε Αθήνα και Θεσσαλονίκη θα πλαισιώσουν με το γνωστό «ανατρεπτικό» τους ύφος οι Science Reactors και θα μας χαρίσουν άφθονο γέλιο με τις μοναδικές και απολαυστικές Stand up Scienceπαρεμβολές τους.

Για πληροφορίες: Στην ιστοσελίδα του Pint of Science: http://pintofsciencegr.wixsite.com/2018 (www.ert.gr)

Ενδιαφέρουσα αναμένεται η αυριανή βραδιά (20/05/2019 και ώρα 20:00 με 23:00) στο μπαρ Rabbithole Λέκκα 12, στην Αθήνα, όπου μπορείτε να παρακολουθήσετε μεταξύ άλλων τις ομιλίες:

1. Ο περίπατος του μικρού Αλβέρτου στα φαντασμαγορικά τοπία του χωροχρόνου

από τον Θεοχάρη Αποστολάτο, Αναπληρωτή Καθηγητή στο τμήμα Φυσικής, ΕΚΠΑ

2. Σύντομη αναδρομή στην εξέλιξη ιδεών στη Κοσμολογία

από τον Μανώλη Πλειώνη, Διευθυντή του Αστεροσκοπείου Αθηνών

και στη Θεσσαλονίκη

αύριο 20/05/2019 και ώρα 20:00 με 23:00, στο μπαρ ReHab Pub, Βαλαωρίτου 19,

1. Αστεροειδείς: κινδυνεύουμε να μας… πέσει ο ουρανός στο κεφάλι;

από τον Κλεομένη Τσιγάνη, Αν. Καθηγητής, Δ/ντης Τομέα Αστροφυσικής, Αστρονομίας και Μηχανικής, Τμήμα Φυσικής, Α.Π.Θ.

2. «Φυσικά μαγικά» από τους Physics Partizani

από την ομάδα φοιτητών τμημάτων Φυσικής και Παιδαγωγικού Α.Π.Θ.

https://physicsgg.me/2019/05/19/%ce%ba%ce%bf%cf%83%ce%bc%ce%bf%ce%bb%ce%bf%ce%b3%ce%af%ce%b1-%ce%bc%ce%b1%cf%8d%cf%81%ce%b5%cf%82-%cf%84%cf%81%cf%8d%

Ανιχνεύθηκαν φωτόνια τεράστιας ενέργειας (>100 TeV) από αστροφυσική πηγή.

Κινέζοι και Ιάπωνες αστροφυσικοί ανακοίνωσαν ότι ανίχνευσαν πάνω από το Θιβέτ τα υψηλότερης ενέργειας φωτόνια που έχουν δει ποτέ να έρχονται στη Γη από το σύμπαν. Πρόκειται για ακτίνες γάμμα με ενέργειες έως 450 TeV (1 TeV = 1012 eV) , με προέλευση το θεαματικό Νεφέλωμα του Καρκίνου, το απομεινάρι μιας αστρικής έκρηξης, η οποία είχε παρατηρηθεί από Κινέζους αστρονόμους πριν σχεδόν 1.000 χρόνια.

Σήμερα στην καρδιά αυτού του όμορφου νεφελώματος, σε απόσταση περίπου 6.523 ετών φωτός από τη Γη, βρίσκεται ένας ισχυρός και πολύ πυκνός αστέρας νετρονίων (πάλσαρ), ο οποίος εκτιμάται ότι είναι η αιτία των φωτονίων πολύ υψηλής ενέργειας.

Οι 90 ερευνητές του πειράματος ASgamma στο Θιβέτ, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση [First Detection of Photons with Energy Beyond 100 TeV from an Astrophysical Source] στο περιοδικό φυσικής «Physical Review Letters», ανακοίνωσαν ότι μεταξύ 2014-2017 ανίχνευσαν 24 ακτίνες γάμμα με ενέργειες από 100 ως 450 TeV. Ο προηγούμενος κάτοχος του ρεκόρ ήταν ακτίνες γάμμα με ενέργεια 75 TeV που είχαν ανιχνευθεί από το πείραμα High Energy Gamma Ray Astronomy στα ισπανικά Κανάρια νησιά. Συγκριτικά, τα φωτόνια από τον Ήλιο μας που φθάνουν στον πλανήτη μας, έχουν ενέργεια μόλις λίγων ηλεκτρονιοβόλτ.

Το πείραμα ASgamma διαθέτει σχεδόν 600 ανιχνευτές ακτίνων γάμμα, οι οποίοι μετατρέπουν την πρόσκρουση ενός σωματιδίου σε ηλεκτρονικό σήμα. Οι ανιχνευτές, μέσα σε υπόγειες δεξαμενές νερού, είναι εξαπλωμένοι σε μια τεράστια έκταση 66.000 τετραγωνικών μέτρων σε μια κοιλάδα του Θιβέτ, σε υψόμετρο 4.300 μέτρων. Όταν οι ακτίνες γάμμα προσκρούουν στη γήινη ατμόσφαιρα, δημιουργούν μια «βροχή» υποατομικών σωματιδίων, τα οποία πέφτουν πάνω στους ανιχνευτές και αυτοί, με τη σειρά τους, καταγράφουν την ενέργεια και την πηγή προέλευσης τους.

Μια βασική δυσκολία είναι να γίνει διάκριση ανάμεσα στις ακτίνες γάμμα και στην κοσμική ακτινοβολία, δηλαδή τα φορτισμένα σωματίδια που επίσης φθάνουν σε υψηλές ενέργειες και προκαλούν αντίστοιχες «βροχές» σωματιδίων στη Γη. Ευτυχώς στη δεύτερη περίπτωση δημιουργούνται λιγότερα μιόνια («ξαδέρφια» των ηλεκτρονίων) από όσα προκαλούν οι ακτίνες γάμμα. Η ανίχνευση των μιονίων επιτρέπει το διαχωρισμό μεταξύ ακτίνων γάμμα και άλλων κοσμικών ακτίνων. Οι ακτίνες γάμμα ταξιδεύουν σε ευθείες γραμμές και ο εντοπισμός της πηγής τους στο σύμπαν είναι πιο εύκολος από ό,τι των κοσμικών ακτίνων, που επηρεάζονται από τα μεσολαβούντα μαγνητικά πεδία και δεν ακολουθούν ευθύγραμμες πορείες.

Οι φυσικοί εκτιμούν ότι το μαγνητικό πεδίο ενός πάλσαρ επιταχύνει τα ηλεκτρόνια σε ενέργειες πολύ μεγαλύτερες από αυτές που πετυχαίνουν οι επιταχυντές στη Γη (της τάξης των PeV=1015 eV) . Αυτά τα ηλεκτρόνια στη συνέχεια αλληλεπιδρούν (αντίστροφο φαινόμενο Compton) με φωτόνια χαμηλής ενέργειας (της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου που κατακλύζει το σύμπαν), παράγοντας φωτόνια με πολύ υψηλότερες ενέργειες. Σύμφωνα με τους ερευνητές, το Νεφέλωμα του Καρκίνου θεωρείται πλέον ο πιο ισχυρός φυσικός επιταχυντής που είναι γνωστός στο γαλαξία μας.

Εκτός από τους αστέρες νετρονίων, οι τεράστιες μαύρες τρύπες στο κέντρο των γαλαξιών θεωρούνται άλλη μια πηγή φωτονίων (ακτίνων γάμμα) πολύ υψηλής ενέργειας. Νέα ισχυρότερα παρατηρητήρια στο μέλλον, όπως το υπό ανάπτυξη Τηλεσκόπιο Τσερένκοφ, μπορεί να εντοπίσουν ακόμη ισχυρότερη ακτινοβολία από κάποια πηγή του σύμπαντος.

https://physicsgg.me/2019/07/09/%ce%b1%ce%bd%ce%b9%cf%87%ce%bd%ce%b5%cf%8d%ce%b8%ce%b7%ce%ba%ce%b1%ce%bd-%cf%86%cf%89%cf%84%cf%8c%ce%bd%ce%b9%ce%b1-%cf%84%ce%b5%cf%81%ce%ac%cf%83%cf%84%ce%b9%ce%b1%cf%82-%ce%b5%ce%bd%ce%ad%cf%81/

Βαρυτικά κύματα από συγχώνευση μαύρης τρύπας με άστρο νετρονίων για «πρώτη φορά»

Τα βαρυτικά κύματα αποκαλύπτουν το «τραγικό φινάλε» ενός άστρου νετρονίων που καταβροχθίζεται από μια μαύρη τρύπα.

Μάλλον πρόκειται για την πρώτη αξιόπιστη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων προερχόμενα από τέτοιου είδους αιτία – συγχώνευση δυαδικού συστήματος μαύρης τρύπας και άστρου νετρονίων. Οι ερευνητές που χειρίζονται τους ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων LIGO και Virgo ανέφεραν το γεγονός στις 14 Αυγούστου στη δημόσια βάση δεδομένων

https://gracedb.ligo.org/superevents/S190814bv/

Στις 26 Απριλίου 2019 οι LIGO και Virgo ανίχνευσαν για πρώτη φορά σήμα προερχόμενου από την καταβρόχθιση ενός άστρου νετρονίων από μια μαύρη τρύπα [Βαρυτικά κύματα από την συγχώνευση μαύρης τρύπας με άστρο νετρονίων] (μια μέρα πριν, στις 25 Απριλίου 2019, οι βαρυτικοί ανιχνευτές εντόπισαν για δεύτερη φορά την συγχώνευση δυο άστρων νετρονίων, 2 χρόνια μετά την πρώτη ανακάλυψη ενός τέτοιου γεγονότος, τον Αύγουστο του 2017)

Αλλά το σήμα της 26ης Απριλίου ήταν αδύναμο και τελικά αμφίβολο. Η νέα ανακάλυψη έχει πιο στέρεες βάσεις: η ανίχνευση ήταν τόσο ξεκάθαρη αποκλείοντας την περίπτωση ψευδούς συναγερμού. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι η αλληλεπίδραση μεταξύ των δυο αντικειμένων πραγματοποιήθηκε σε απόσταση 900 εκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη μέσα σε μια περιοχή του ουρανού περίπου 23 τετραγωνικών μοιρών (συγκριτικά η πανσέληνος καλύπτει περίπου 0,2 τετραγωνικές μοίρες).

Οι αστρονόμοι ερεύνησαν (και ερευνούν) την περιοχή με τα τηλεσκόπιά τους ψάχνοντας για φως που θα μπορούσε να έχει παραχθεί από την διαδικασία καταβρόχθισης του άστρου νετρονίων από την μαύρη τρύπα. Περαιτέρω μελέτη μιας τέτοιας σπάνιας σύγκρουσης θα μπορούσε να βοηθήσει στην αποκάλυψη νέων μυστικών γι αυτά τα μυστηριώδη αντικείμενα του σύμπαντος. Αλλά και από μόνη της η ανίχνευση είναι συναρπαστική – τουλάχιστον για όσους δεν έχουν εμμονές με τα μπιτσόμπαρα της Μυκόνου.

https://physicsgg.me/2019/08/16/%ce%b2%ce%b1%cf%81%cf%85%cf%84%ce%b9%ce%ba%ce%ac-%ce%ba%cf%8d%ce%bc%ce%b1%cf%84%ce%b1-%ce%b1%cf%80%cf%8c-%cf%83%cf%85%ce%b3%cf%87%cf%8e%ce%bd%ce%b5%cf%85%cf%83%ce%b7-%ce%bc%ce%b1%cf%8d%cf%81%ce%b7/

FAST-Received αινιγματικά μηνύματα από Deep Space.

Οι κινέζοι επιστήμονες καταγράφουν έντονα σήματα από το διάστημα: γρήγορες ραδιοφωνικές εκρήξεις που προέρχονται από μια πηγή σε έναν νάνο γαλαξία στον αστερισμό Auriga που ονομάζεται FRB 121102. Η σειρά των επαναλαμβανόμενων παλμών παρακολουθήθηκε από το FAST (σφαιρικό ραδιοτηλεσκόπιο πέντε εκατοντάδων μέτρων) το μεγαλύτερο και πιο ευαίσθητο ραδιοτηλεσκόφωνο στον κόσμο, που βρίσκεται στην επαρχία Guizhou στη νοτιοδυτική Κίνα. Η αρχική πηγή, η οποία απέχει περίπου 3 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά από εμάς, έχει παράγει πάνω από 100 εκρήξεις από τα τέλη Αυγούστου έως τις αρχές Σεπτεμβρίου.

Επί του παρόντος, τα Εθνικά Αστρονομικά Παρατηρητήρια της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών (NAOC) εκτελούν λεπτομερή ανάλυση δεδομένων και ελέγχους. Αυτό που εφιστά την προσοχή των αστρονόμων στη νεώτερη ανακάλυψη είναι το γεγονός ότι πρόκειται για τον μεγαλύτερο αριθμό ραδιοφωνικών εκρήξεων που έχουν εντοπιστεί ποτέ. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως από το CNN, οι «γρήγορες ραδιοφωνικές εκρήξεις στο διάστημα δεν είναι σπάνιες, αλλά το FRB 121102 - το οποίο εντοπίστηκε για πρώτη φορά το 2012 - είναι το μόνο που έχει ξαναπεί.» Σύμφωνα με το κρατικό πρακτορείο ειδήσεων Xinhua, είναι αρκετά ελπιδοφόρο: «Η ανίχνευση των επαναλαμβανόμενων εκρήξεων μπορεί να βοηθήσει να ρίξει φως στην προέλευση και τους φυσικούς μηχανισμούς των γρήγορων ραδιοφωνικών εκρήξεων». Πρώτα ανακαλύφθηκε από τον καθηγητή Duncan Lorimer του Πανεπιστημίου Δυτικής Βιρτζίνιας και από τον φοιτητή του David Narkevic το 2007, η φύση των FRB παραμένει ένα μυστήριο και δεν έχει ακόμη διερευνηθεί διεξοδικά. Όπως περιγράφει το Science Alert, τα [FRBs] ανιχνεύονται [στη ραδιοαστρονομία] ως αιχμές σε δεδομένα ραδιοσυχνοτήτων, που διαρκούν μόνο μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου. Αλλά, εκείνη την εποχή, μπορούν να εκκενώσουν περισσότερη ενέργεια από 500 εκατομμύρια Ηλις. "Αυτή η ποσότητα ενέργειας είναι κάτι που το ανθρώπινο μυαλό μπορεί να αντιληφθεί μόλις. Οι θεωρίες που προσπαθούν να κατανοήσουν την ενδιαφέρουσα προέλευση των γρήγορων ραδιοφωνικών εκρήξεων κυμαίνονται από την εικασία αυτών που είναι παλμοί μιας μαζικής μαύρης τρύπας ή ενός ισχυρού νεφελώματος, υποθέτοντας ότι αυτά είναι σήματα από εξωγήινη νοημοσύνη. Όποια και αν είναι η πηγή τους, να ανακαλύψουν ότι οι ριπές του ραδιοφώνου είναι πολωμένοι και προέρχονται από ένα περιβάλλον που περιέχει ένα απίστευτα ισχυρό μαγνητικό πεδίο », αναφέρει το CNN. Η χωρητικότητα της εγκατάστασης FAST είναι πραγματικά εκπληκτική χάρη στον εξαιρετικά ευαίσθητο δέκτη 19 ακτίνων που είναι εγκατεστημένος στο τεράστιο τηλεσκόπιο σώμα. Υπό το πρίσμα των τελευταίων παρατηρήσεων, οι κινέζοι ερευνητές επικεντρώθηκαν στην περαιτέρω παρακολούθηση του φαινομένου και στην ενθάρρυνση της ακαδημαϊκής κοινότητας του κόσμου να διεξαγάγει σε βάθος ανάλυση από τις τοποθεσίες τους.Συνεπώς, πάνω από 10 χώρες και περιφέρειες ευθυγραμμίζονται για να βιώσουν τη δύναμη αυτού του εντυπωσιακού αστρονομικου εργαλείου που υπερβαίνει κατά πολύ τις δυνατότητες των προκατόχων του. Οι προθέσεις τους ποικίλλουν από την έρευνα των εξωπλανήτων και της διαστρικό ύλης στη μελέτη των κοσμικών ακτίνων και των βαρυτικών ακτίνων εξαιρετικά υψηλής ενέργειας, για να αναφέρουμε μόνο λίγες.

Οι παρατηρητές σε όλο τον κόσμο προσβλέπουν στην ανακάλυψη πιο συναρπαστικών μυστηρίων του Σύμπαντός μας χρησιμοποιώντας το FAST.

https://asgardia.space/en/news/fast-received-enigmatic-messages-from-deep-space

Ψάχνοντας για «τρίχες» κατά τη συγχώνευση μαύρων τρυπών.

Μια μαύρη τρύπα που προκύπτει από την συγχώνευση δυο μικρότερων μαύρων τρυπών υπάρχει για τα πρώτα λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου σε μια παραμορφωμένη κατάσταση. Καθώς η γεωμετρία σταθεροποιείται, εκπέμπεται μια βαρυτική κυματομορφή, το σχήμα της οποίας μεταφέρει πληροφορίες σχετικά με την μάζα, την ιδιοστροφορμή και θεωρητικά για το ηλεκτρικό φορτίο. Η γενική θεωρία της σχετικότητας προβλέπει ότι αυτές οι ποσότητες και μόνο είναι αρκετές για να περιγράψουν πλήρως μια οποιαδήποτε μαύρη τρύπα – δεν υπάρχουν δηλαδή άλλα διακριτικά χαρακτηριστικά ή «τρίχες».

Εκτός από το όνομά τους οι μαύρες τρύπες οφείλουν στον John Wheeler και το ρητό που λέει: ότι «οι μαύρες τρύπες δεν έχουν τρίχες!», (για την ακρίβεια η εικασία no-hair διατυπώθηκε για πρώτη φορά από τους John Wheeler και Remo Ruffini to 1971 στο Physics Today). Αυτό που ήθελε να πει o Wheeler με το ότι « δεν έχουν τρίχες» ήταν ότι οι οι μαύρες τρύπες δεν έχουν κάποια παρατηρήσιμα χαρακτηριστικά, όπως εξογκώματα, ανομοιομορφίες κ.λπ. Όταν μια μαύρη τρύπα σχηματίζεται από την κατάρρευση ενός άστρου, ο ορίζοντας καταλήγει σε ένα τέλειο σφαιρικό σχήμα χωρίς κανένα χαρακτηριστικό. Οι μαύρες τρύπες χαρακτηρίζονται από την μάζα, την στροφορμή και το ηλεκτρικό φορτίο τους.

Mελετώντας ξανά το βαρυτικό κύμα που ανιχνεύθηκε για πρώτη φορά στην ιστορία της φυσικής το 2015, γνωστό ως GW150914, ο Maximiliano Isi από το MIT και οι συνεργάτες του, διερεύνησαν αυτό το «χωρίς τρίχες» θεώρημα διαμέσου μιας προσέγγισης που ονομάζεται φασματοσκοπία μαύρης τρύπας. Η προσέγγιση συνεπάγεται μια εις βάθος ανάλυση των συχνοτήτων του φάσματος του σήματος της βαρυτικής κυματομορφής.

Παλαιότερες μελέτες είχαν υποθέσει πως η δυναμική του σήματος αμέσως μετά την συγχώνευση ήταν πολύ περίπλοκη για να αναλυθεί, εξαιτίας των μεγάλων μη γραμμικών παραμορφώσεων στην δυναμική του χωροχρόνου. Όμως, ο Isi και οι συνεργάτες του, διαπίστωσαν ότι αυτή η περίοδος μπορεί να περιγραφεί από έναν απλό γραμμικό συνδυασμό φθίνουσων τρόπων ταλάντωσης: τον μακροβιότερο θεμελιώδη τρόπο και τουλάχιστον έναν ακόμα τρόπο ταλάντωση μεγαλύτερης συχνότητας. Αν ισχύει το «χωρίς τρίχες θεώρημα» τότε πρέπει να περιοριστούν οι συχνότητες και οι ρυθμοί εκπομπής αυτών των σημάτων σε συγκεκριμένες τιμές.

Η ανάλυση της ερευνητικής ομάδας υποστηρίζει το θεώρημα, αλλά η ακρίβεια της διερεύνησης θα βελτιωθεί σημαντικά μελετώντας τις μελλοντικές συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών που αναμένεται να ανιχνευθούν. Επιπλέον, η φασματοσκοπία της μαύρης τρύπας θα μπορούσε κάποια μέρα να αποκλείσει την πιθανότητα οι μαύρες τρύπες να είναι στην πραγματικότητα αντικείμενα που «μιμούνται» τις μαύρες τρύπες – υποθετικά συμπαγή αντικείμενα σαν τα άστρα μποζονίων ή τα gravastars που δεν διαθέτουν ορίζοντα γεγονότων. Οι ιδιότητές τους θα εμφανίζονται ως αποκλίσεις στην μορφή του σήματος που προβλέπει η γενική σχετικότητα.

https://physicsgg.me/2019/09/12/%cf%88%ce%ac%cf%87%ce%bd%ce%bf%ce%bd%cf%84%ce%b1%cf%82-%ce%b3%ce%b9%ce%b1-%cf%84%cf%81%ce%af%cf%87%ce%b5%cf%82-%ce%ba%ce%b1%cf%84%ce%ac-%cf%84%ce%b7-%cf%83%cf%85%ce%b3%cf%87%cf%8e%ce%bd/

Τα πρώτα βήματα της φυσικής κοσμολογίας και ο James Peebles (νόμπελ φυσικής 2019)

Στα μέσα της δεκαετίας του 1960 συνέβη μια από τις σημαντικότερες εξελίξεις στην σύγχρονη κοσμολογία.

Η ιστορία ξεκινά το 1964, πάνω σε έναν λόφο στο New Jersey, όπου το εργαστήριο Bell διέθετε μια ασυνήθιστη ραδιοφωνική κεραία. Η κεραία είχε στηθεί για την επικοινωνία μέσω ενός δορυφόρου, αλλά οι προδιαγραφές της – ανακλαστήρας 6 μέτρων με εξαιρετικά χαμηλούς θορύβους – την μετέτρεψαν σε επιστημονικό όργανο της ραδιοαστρονομίας.

Οι φυσικοί Arno Penzias και Robert W. Wilson, άρχισαν να χρησιμοποιούν αυτήν κεραία, για να μετρήσουν την ένταση των ραδιοκυμάτων που εκπέμπονται από τον Γαλαξία μας. Όμως αυτό που προέκυψε από τις μετρήσεις τους ήταν ένας μικροκυματικός θόρυβος που αντιστοιχούσε στην «ισοδύναμη θερμοκρασία» των από 2,5 Κ έως 4,5 Κ (Όταν ένας ραδιοαστρονόμος λέει «ο παρατηρούμενος ραδιοφωνικός θόρυβος με την τάδε ισοδύναμη θερμοκρασία», εννοεί απλά και μόνο ότι αυτή είναι η θερμοκρασία του αδιαφανούς κουτιού, μέσα στο οποίο θα έπρεπε να τοποθετηθεί η κεραία, για να δημιουργήσει την ένταση του παρατηρούμενου ραδιοφωνικού θορύβου).

Αυτή η θερμοκρασία ήταν πολύ μεγαλύτερη από ό,τι αναμενόταν και οι Penzias-Wilson προβληματίστηκαν αρκετά πριν δημοσιεύσουν το αποτέλεσμά τους. Και βέβαια δεν είχαν συνειδητοποιήσει πως έκαναν μια μεγαλειώδη ανακάλυψη ισοδύναμη με την ανακάλυψη ότι το σύμπαν διαστέλλεται.

Η σημασία του μυστηρίου του μικροκυματικού θρύβου άρχισε γρήγορα να αποσαφηνίζεται μέσω των δραστηριοτήτων της «αφανούς επιστημονικής κοινότητας» των αστροφυσικών. Ο Penzias έτυχε να τηλεφωνήσει σ’ έναν συνάδελφό του ραδιοαστρονόμο, τον Bernard Burke του ΜΙΤ, για θέματα άσχετα με το πρόβλημα του μικροκυματικού θορύβου. Ο Burke μόλις τότε είχε ακούσει από έναν άλλο συνάδελφό του, τον Ken Turner, του Ινστιτούτου Carnegie, για μια ομιλία που ο ίδιος είχε ακούσει με την σειρά του στο Johns Hopkins. H διάλεξη αυτή είχε δοθεί από έναν νεαρό θεωρητικό του Princeton, τον P. J. E. Peebles. Σ’ αυτή την ομιλία ο Peebles υποστήριζε ότι θα έπρεπε να υπάρχει ένας διάχυτος ραδιοφωνικός θόρυβος που «περίσσεψε» από το αρχέγονο σύμπαν, μια ισοδύναμη θερμοκρασία, σήμερα περίπου 10 Κ.

Ο Burke γνώριζε ήδη ότι ο Penzias μετρούσε θερμοκρασίες ραδιοφωνικού θορύβου με την κεραία των εργαστηρίων Bell. Ενώ λοιπόν μιλούσαν στο τηλέφωνο, βρήκε την ευκαιρία να τον ρωτήσει πως πήγαιναν οι μετρήσεις του. Ο Penzias του είπε ότι πήγαιναν θαυμάσια, αλλά υπήρχε κάτι το ανεξήγητο στα αποτελέσματα αυτά. Ο Burke έβαλε την ιδέα στον Penzias να σκεφτεί μήπως οι φυσικοί του Princeton μπορούσαν να έχουν κάποιες ενδιαφέρουσες απόψεις πάνω στο τι ήταν αυτό που δεχόταν η κεραία του.

Ο όρος «ακτινοβολία» είναι βέβαια γενικός και περιλαμβάνει όλο το φάσμα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων – όχι μόνο τα ραδιοφωνικά κύματα και τα μικροκύματα, αλλά και την υπέρυθρη ακτινοβολία, την ορατή ακτινοβολία, την υπεριώδη, τις ακτίνες Χ και την πολύ μικρού μήκους κύματος ακτινοβολία, την γνωστή ως ακτινοβολία γάμμα.

Ο Peebles παρατήρησε ότι, εάν δεν είχε υπάρξει ισχυρή παρουσία ακτινοβολίας κατά τη διάρκεια των λίγων πρώτων λεπτών της δημιουργίας του σύμπαντος, οι πυρηνικές αντιδράσεις θα είχαν προχωρήσει τόσο γρήγορα, ώστε ένα μεγάλο ποσοστό του υπάρχοντος υδρογόνου θα είχε «μαγειρευτεί», σχηματίζοντας βαρύτερα στοιχεία, γεγονός που θα βρισκόταν σε πλήρη αντίφαση με τη σημερινή πραγματικότητα, όπου τα τρία τέταρτα του Σύμπαντος αποτελούνται από υδρογόνο.

Αυτό το γρήγορο πυρηνικό «μαγείρεμα» θα μπορούσε ν’ αποτραπεί, μόνο αν το σύμπαν ήταν γεμάτο από ακτινοβολία που να έχει μια τεράστια ισοδύναμη θερμοκρασία σε πολύ μικρά μήκη κύματος, τα οποία θα μπορούσαν να διασπάσουν τους πυρήνες με την ίδια ταχύτητα, με την οποία αυτοί θα μπορούσαν να σχηματιστούν. Μια τέτοια ακτινοβολία θα «επιβίωνε» της διαστολής του σύμπαντος που επακολούθησε. Η ισοδύναμή της όμως θερμοκρασία θα εξακολουθούσε να μειώνεται, καθώς το σύμπαν θα διαστελλόταν, αντιστρόφως ανάλογα προς το μέγεθός του. Αυτό σημαίνει ότι το παρόν σύμπαν θα έπρεπε επίσης να είναι γεμάτο με ακτινοβολία. Αλλά με μια ισοδύναμη θερμοκρασία πάρα πολύ χαμηλότερη από εκείνην των πρώτων λίγων λεπτών της ζωής του σύμπαντος.

Ο Peebles υπολόγισε ότι, για να είχε διατηρήσει η ακτινοβολία την παραγωγή του ηλίου και των βαρύτερων στοιχείων κατά την διάρκεια των πρώτων λεπτών μέσα στα γνωστά όρια, θα έπρεπε να ήταν τόσο ισχυρή, ώστε η θερμοκρασία σήμερα να είναι τουλάχιστον 10 Κ. Ο αριθμός αυτός προέκυπτε από κάποια υπερεκτίμηση των δεδομένων και αργότερα αντικαταστάθηκε με λεπτομερέστερους και ακριβέστερους υπολογισμού από τον Peebles και άλλους ερευνητές. Το δημοσίευμα του Peebles, που είχε προηγηθεί, δεν τυπώθηκε ποτέ στην αρχική του μορφή. Το αποτέλεσμα παρά ταύτα ήταν ουσιαστικά σωστό.

Η εργασία του Peebles αποτελεί την λογική κατάληξη μιας σειράς παρόμοιων κοσμολογικών υποθέσεων που ξεκινούν από το τέλος της δεκαετίας του 1940 με τον George Gamow, Ralph Alpher και Robert Herman και φτάνουν στα 1964 με τους Ya. B. Zeldovich στη Ρωσία και τους Fred Hoyle και R. J. Tayler στην Αγγλία.

O υπολογισμός του Peebles το 1965 είχε σαν αφετηρία τις ιδέες ενός τελειόφοιτου πειραματικού φυσικού στο Princeton, του Robert H. Dicke. Κάποια στιγμή το 1964, ο Dicke άρχισε να διερωτάται μήπως τελικά ήταν ανύπαρκτη κάποια ανιχνεύσιμη ακτινοβολία, που να περίσσεψε από κάποια θερμή και πυκνή πρώιμη φάση της από κάποια θερμή και πυκνή πρώιμη φάση της κοσμικής ακτινοβολίας του σύμπαντος. Οι υποθέσεις του Dicke βασίστηκαν σε μια θεωρία που αντιμετωπίζει το σύμπαν σαν ένα «ταλαντευόμενο» σύστημα. Ο Dicke δεν μπορούσε προφανώς να κάνει καμιά συγκεκριμένη πρόβλεψη για την θερμοκρασία αυτής της ακτινοβολίας, εντόπισε όμως το καίριο σημείο, προς το οποίο άξιζε κανείς να στρέψει την προσοχή του. Πρότεινε στους P. G. Roll και D. T. Wilkinson να στήσουν έναν δέκτη για μια μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου και αυτοί άρχισαν να τοποθετούν μια μικρή, χαμηλού θορύβου κεραία στην οροφή του εργαστηρίου φυσικής Palmer στο Princeton.

Πριν ο Dicke, ο Roll και ο Wilkinson μπορέσουν να συμπληρώσουν τις μετρήσεις τους, ο Dicke δέχθηκε ένα τηλεφώνημα από τον Penzias. Και τον Μάιο του 1965, αποφάσισαν να δημοσιεύσουν δυο εργασίες στο περιοδικό Astrophysical Journal Letters, στα οποία ο Penzias και ο Wilson θα ανακοίνωναν τις παρατηρήσεις τους και οι Dicke, Peebles, Roll και Wilkinson θα εξέθεταν τις κοσμολογικές τους ερμηνείες. Οι Penzias και Wilson, πολύ επιφυλακτικοί ακόμη, έδωσαν στο δημοσίευμά τους τον συγκρατημένο τίτλο «Μέτρηση της θερμοκρασιακής υπέρβασης της κεραίας στους 4080 Mc/s» (η συχνότητα στην οποία η κεραία είχε συντονιστεί, ήταν 4080 Mc/s ή 4080 εκατομμύρια κύκλοι ανά δευτερόλεπτο, που αντιστοιχεί σε μήκος κύματος 7,35 εκατοστόμετρα), και ανακοίνωσαν απλώς ότι «οι μετρήσεις της ενεργού θερμοκρασίας μεγίστου θορύβου … έδωσαν μια τιμή γύρω στους 3,5 Κ πάνω από αυτή που αναμενόταν». Απέφυγαν με τον τρόπο οποιαδήποτε μνεία στην κοσμολογία, σημειώνοντας μόνο ότι «μια πιθανή εξήγηση για την υπέρβαση που παρατηρήθηκε στη θερμοκρασία θορύβου, είναι αυτή που δόθηκε από τους Dicke, Peebles, Roll και Wilkinson, στην δημοσίευση που αναφερθήκαμε προηγουμένως».

Οι Arnold Penzias και Robert Wilson, για την ανακάλυψή τους, την ανίχνευση της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου τιμήθηκαν με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1978. O James Peebles που βραβεύθηκε με το φετινό Νόμπελ Φυσικής συμπεριλαμβανόταν στην ομάδα που προέβλεπαν θεωρητικά την ύπαρξη της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου.

Βέβαια, οι Dicke, Peebles, Roll και Wilkinson δεν ήταν οι πρώτοι που μίλησαν για την ύπαρξη της ακτινοβολίας αυτής. Είχαν προηγηθεί οι George Gamow το 1948 και οι Alpher και Herman την ίδια χρονιά που προέβλεπαν μια θερμοκρασία 5 Κ στο σημερινό σύμπαν.

Όμως η εργασία των Dicke, Peebles, Roll και Wilkinson με τίτλο “Cosmic black body radiation”, που δημοσιεύθηκε πάνω από την εργασία των Penzias – Wilson, προχωρούσε ένα βήμα πιο πέρα συνδέοντας την θερμοκρασία και την πυκνότητα του σύμπαντος με την ποσότητα του ηλίου (4Ηe)που παράχθηκε στα πρώτα λεπτά της ύπαρξης του σύμπαντος. Αυτό που είναι σημαντικό είναι η πυκνότητα της ύλης όταν η θερμοκρασία πέφτει αρκετά ώστε να μην διασπάται το δευτέριο (2Η) που παράγεται και να σταματάει ο σχηματισμός των πυρήνων ηλίου. Όσο πιο πυκνό σύμπαν, τόσο περισσότερο ήλιο. Αυτές οι ιδέες αναπτύχθηκαν λεπτομερώς από τον Peebles στις εργασίες του που δημοσιεύθηκαν το 1966, στο Physical Review Letters και στο Astrophysical Journal. Εκεί υπολόγισε την περιεκτικότητα του αρχέγονου ηλίου με σχετικά καλή ακρίβεια και εκτίμησε την σημερινή θερμοκρασία του σύμπαντος στους 3 Κ. Η προσέγγιση του Peebles σχετικά με την αρχέγονη πυρηνοσύνθεση είναι αρκετά διαφορετική σε σχέση με τις παλαιότερες εργασίες, όπου θεωρούσαν πως είναι δυνατή η παραγωγή των βαρύτερων πυρήνων στις πρώτες στιγμές της Μεγάλης Έκρηξης.

Επιπλέον, τον Μάρτιο του 1965, πριν την δημοσίευση των Dicke, Peebles, Roll και Wilkinson, ο Peebles είχε στείλει για δημοσίευση την εργασία του «The black-body radiation content of the Universe and the formation of galaxies», (το θέμα ομιλίας που έδωσε στο Johns Hopkins και έμαθε γι αυτή από τρίτους ο Penzias), στην οποία αναφέρεται ξεκάθαρα στην ακτινοβολία υποβάθρου – η περίληψη ξεκινάει ως εξής: « Ένας κρίσιμος παράγοντας στον σχηματισμό των γαλαξιών είναι η παρουσία μιας ακτινοβολίας μέλανος σώματος στο σύμπαν». Αυτή η εργασία, μαζί με την συνεισφορά του Ρώσου κοσμολόγου Yakov Zeldovich [survey of modern cosmology, Adv. Astron. Astrophys. 3, 241 (1965)], μπορούν να θεωρηθούν ως η αφετηρία της φυσικής κοσμολογίας, όπου οι νόμοι της φυσικής που συνέλαβε το ανθρώπινο μυαλό, εφαρμόζονται για να εξηγήσουν την εξέλιξη του σύμπαντος. Είναι η στιγμή που η κοσμολογία αρχίζει να γίνεται επιστήμη ακριβείας και ένα εργαλείο αναζήτησης νέας φυσικής.

Στην φωτογραφία τo άρθρο των Penzias – Wilson στο Astrophysical Journal. Ακριβώς πάνω απ’ αυτό οι Dicke, Peebles, Roll και Wilkinson δημοσίευαν το δικό τους άρθρο στο οποίο «προέβλεπαν» την θερμοκρασία μικροκυματικής ακτινοβολίας στα πλάισια της θεωρίας της μεγάλης έκρηξης (χωρίς καμία αναφορά στον Gamow!)

https://physicsgg.me/2019/10/12/%cf%84%ce%b1-%cf%80%cf%81%cf%8e%cf%84%ce%b1-%ce%b2%ce%ae%ce%bc%ce%b1%cf%84%ce%b1-%cf%84%ce%b7%cf%82-%cf%86%cf%85%cf%83%ce%b9%ce%ba%ce%ae%cf%82-%ce%ba%ce%bf%cf%83%ce%bc%ce%bf%ce%bb%ce%bf%ce%b3%ce%af/

Τα όρια της κβαντικής βαρύτητας από παρατηρήσεις πλανητών.

Η δύναμη της βαρύτητας, που περιγράφεται από την γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, μπορεί να συνδεθεί με ένα σωματίδιο που ονομάζεται βαρυτόνιο, το οποίο θεωρείται πως έχει μηδενική μάζα. Ένας τρόπος για να ελέγξουμε αν το βαρυτόνιο πράγματι δεν έχει μάζα, είναι να υπολογίσουμε ένα άνω όριο στην μάζα του από τα δεδομένα των λεπτομερών παρατηρήσεων των πλανητικών κινήσεων του Ηλιακού Συστήματος. Οι ερευνητές Bernus et al [Constraining the mass of the graviton with the planetary ephemeris INPOP] έχουν βελτιώσει μια παλαιότερη εκτίμηση αποφεύγοντας μια σιωπηρή υπόθεση της προηγούμενης εργασίας που επηρέαζε το αποτέλεσμα.

Αν η μάζα του βαρυτονίου είναι διάφορη του μηδενός τότε πρέπει να αναζητήσουμε νέες θεωρίες φυσικής πέραν της γενικής σχετικότητας.

Δεδομένου ότι η βαρυτική δύναμη θεωρείται πως διαδίδεται με την ταχύτητα του φωτός, η μάζα του βαρυτονίου mg θα μπορούσε να είναι μηδέν. Μόνο αντικείμενα χωρίς μάζα όπως τα φωτόνια μπορούν να κινηθούν τόσο γρήγορα. Αλλά αν το βαρυτόνιο έχει μια μάζα διάφορη του μηδενός, τότε η βαρύτητα θα είχε πεπερασμένη και όχι άπειρη εμβέλεια. Η εμβέλεια αυτή χαρακτηρίζεται από το μήκος κύματος Compton λg. Οι πρόσφατες ανιχνεύσεις των βαρυτικών κυμάτων έδειξαν ότι η μάζα του βαρυτονίου mg είναι μικρότερη από 5×10−23 eV, με αντίστοιχο μήκος κύματος Compton λg τουλάχιστον 2,6×1013km.

Oι κοσμολογικοί υπολογισμοί – για παράδειγμα, πως ένα πεπερασμένο λg θα άλλαζε την διαστολή του σύμπαντος – μπορούν να περιορίσουν περισσότερο τις εκτιμήσεις από τις παρατηρήσεις των βαρυτικών κυμάτων (έως περίπου 10−32 eV).

Αλλά οι φυσικοί αρέσκονται να ψάχνουν ανεξάρτητους τρόπους προσδιορισμού αυτού του ορίου. Πριν από δυο δεκαετίες περίπου ο Clifford Will, που τώρα εργάζεται στο Πανεπιστήμιο της Φλώριδας, υπέδειξε την εξαγωγή των ορίων στην μάζα του βαρυτονίου από την παρατήρηση της κίνησης των πλανητών του Ηλιακού Συστήματος, δεδομένου ότι ένα βαρυτόνιο με μάζα θα μπορούσε να δημιουργεί αποκλίσεις από τις προβλέψεις της γενικής σχετικότητας. Πρόσφατα ο Will εφάρμοσε αυτή την προσέγγιση στις παρατηρήσεις της τροχιάς του πλανήτη Άρη και υπολόγισε ένα πάνω όριο για την mg μεταξύ 5.6×10−24 και 10−23eV.

Ο Leo Bernus από Αστεροσκοπείο του Παρισιού και οι συνεργάτες του έκαναν μια παρόμοια μελέτη αλλά με έναν τρόπο που αποφεύγει μια σιωπηρή υπόθεση, και επιπλέον συμπεριέλαβαν πολλά αντικείμενα του Ηλιακού Συστήματος στην ανάλυσή τους.

Πριν συγκρίνετε τις προβλέψεις της γενικής σχετικότητας για τις πλανητικές τροχιές, πρέπει να γνωρίζετε τις αρχικές θέσεις των πλανητών σε κάποια δεδομένη στιγμή, καθώς και τις μάζες. Οι ερευνητές πρέπει να αποκτήσουν αυτές τις παραμέτρους προσαρμόζοντας ένα τροχιακό μοντέλο στα δεδομένα παρατήρησης. Αλλά αν αυτή η διαδικασία προσαρμογής δεν επιτρέπει την πιθανότητα ύπαρξης ενός βαρυτονίου με μάζα, τότε οι παράμετροι που προκύπτουν ευνοούν την θεωρία της σχετικότητας. Για να εξεταστεί μια θεωρία με βαρυτόνια που διαθέτουν μάζα, το λg πρέπει να προστεθεί ως μια ρυθμιζόμενη παράμετρος στην αρχική διαδικασία προσαρμογής των δεδομένων για τον προσδιορισμό των μαζών και άλλων αρχικών παραμέτρων.

Ο Bernus και οι συνεργάτες του ξεκίνησαν με τις θέσεις, μάζες και ταχύτητες του Ήλιου, των πλανητών, των δορυφόρων τους και πολλών αστεροειδών όπως αυτές προέκυψαν από μια προσαρμογή που επέτρεπε ένα πεπερασμένο λg πάνω σε δεδομένα μετρήσεων από το 2000. Στη συνέχεια έτρεξαν (στο μοντέλο INPOP17b) τις εξισώσεις κίνησης προς τα πίσω και εμπρός στο χρόνο έως το 1913 και το 2017, αντίστοιχα, μια περίοδο κατά την οποία υπάρχουν καλά δεδομένα παρατήρησης. Στη συνέχεια οι ερευνητές έψαξαν για τυχόν διαφορές με τις παρατηρήσεις, κάτι που θα υποδείκνυε ότι το βαρυτόνιο διαθέτει μάζα

Tα αποτελέσματα έδειξαν πως το λg δεν μπορεί να είναι μικρότερο από 1,83×1013 km, οπότε το mg δεν μπορεί να είναι μεγαλύτερο από 6.76×10−23 eV (με βεβαιότητα 90%).

Αυτές οι τιμές διαφέρουν από τις εκτιμήσεις του Will κατά έναν συντελεστή περίπου 10, αλλά είναι πολύ κοντά σε εκείνες που προκύπτουν από τις μελέτες των βαρυτικών κυμάτων, παρά το γεγονός ότι προέρχονται από έναν εντελώς ανεξάρτητο δρόμο – ένα εύρημα που σύμφωνα με τον Bernus είναι καθαρή σύμπτωση. Προσθέτει επίσης ότι, καθώς θα γίνονται διαθέσιμα καλύτερα δεδομένα σχετικά με τις κινήσεις του Ηλιακού Συστήματος, ο περιορισμός αυτός θα γίνεται ολοένα και πιο στενός.

Ο αστροφυσικός Nicolas Yunes του Πανεπιστημίου του Ιλινόις συμφωνεί με τον Bernus και τους συναδέλφους του ότι, μάλλον εξαιτίας της σιωπηρής παραδοχής, το όριο του Will στην μάζα του βαρυτονίου προέκυψε μικρότερο. Ο ίδιος ο Will δήλωσε «πως είναι απογοητευμένος που το νέο όριο είναι πιο ‘αδύναμο’ από το δικό του, αλλά τι να κάνουμε, έτσι είναι η ζωή».

https://physicsgg.me/2019/10/18/%ce%bf%ce%b9-%cf%80%ce%bb%ce%b1%ce%bd%ce%ae%cf%84%ce%b5%cf%82-%ce%ba%ce%b1%ce%b9-%cf%84%ce%b1-%cf%83%cf%89%ce%bc%ce%b1%cf%84%ce%af%ce%b4%ce%b9%ce%b1-%cf%84%ce%b7%cf%82-%ce%b2%ce%b1%cf%81%cf%8d%cf%84/

Έχετε αναρωτηθεί ποτέ ποιο είναι το χρώμα του σύμπαντος;

Πριν από σχεδόν 14 δισεκατομμύρια χρόνια, αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, το σύμπαν ήταν πυκνό και ζεστό. Παρόλο που συχνά απεικονίζεται ως λάμψη φωτός, το Big Bang ήταν στην πραγματικότητα ένας χώρος όπου οι θερμοκρασίες ήταν τόσο ζεστές που δεν μπορούσε να υπάρξει φως.

Σε περίπου 10 δευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, το σύμπαν ψυχόταν αρκετά για να ξεκινήσει η εποχή των φωτονίων. Με το σύμπαν σε θερμοκρασία περίπου 1 δισεκατομμυρίου βαθμών Kelvin, τα πρωτόνια και τα νετρόνια άρχισαν να κρυώνουν στους πυρήνες του υδρογόνου και του ηλίου.

Ακόμα, δεν υπήρχε χρώμα. Όπως και τα λόγια για το δέντρο που πέφτει στο δάσος, το χρώμα χρειάζεται τα μάτια για να το δει. Επειδή οι θερμοκρασίες κατά την εποχή των φωτονίων ήταν τόσο υψηλές, το φως δεν μπορούσε να διεισδύσει στο πλάσμα μέχρι να κρυώσει αρκετά - μια διαδικασία που πήρε 380.000 χρόνια.

Σε αυτό το σημείο, το σύμπαν ήταν ένα σύννεφο ηλίου και υδρογόνου. Τέλος, τα φωτόνια που σχηματίστηκαν κατά τη διάρκεια του Big Bang μπορούσαν να ταξιδέψουν μέσα από το χώρο και το χρόνο. Η λάμψη του φωτός έγινε ορατή και κατά τη διάρκεια δισεκατομμυρίων ετών ψύχθηκε σε λιγότερο από 3 βαθμούς Kelvin, από περίπου 3.000.

Αυτό σημαίνει ότι το πρώιμο σύμπαν έδωσε μια ζεστή λάμψη. Και τώρα, οι επιστήμονες ξέρουν τι χρώμα ήταν.

Επειδή το πρώιμο σύμπαν είχε σχεδόν ομοιόμορφη κατανομή της θερμοκρασίας, ο τρόπος με τον οποίο κατανέμονται τα μήκη κύματος του φωτός είναι γνωστός ως μαύρο σώμα, το οποίο καθορίζεται αποκλειστικά από τη θερμοκρασία και όχι από το υλικό από το οποίο κατασκευάζεται. Ένα μαύρο σώμα με θερμοκρασία 3.000 K θα είχε μια λαμπερή πορτοκαλί λευκή λάμψη, παρόμοια με το απαλό φως που εκπέμπεται από έναν λαμπτήρα 60-watt.

Η ανθρώπινη αντίληψη του χρώματος εξαρτάται από τη φωτεινότητα του, καθώς και από το αν τα μάτια μας είναι σκοτεινά προσαρμοσμένα. Εάν οι άνθρωποι υπήρχαν στο πρώιμο σύμπαν, πιθανότατα θα είχαμε βιώσει το φως σαν λαμπερό πορτοκαλί, παρόμοιο με το χρώμα της φωτιάς. Στα επόμενα εκατομμύρια χρόνια, το πορτοκαλί θα εξασθενίσει και θα κοκκινίσει, καθώς το σύμπαν ψύχθηκε και επεκτάθηκε. Τελικά θα έβλεπε μαύρο. Στα 400 εκατομμύρια χρόνια, θα άρχιζαν να σχηματίζονται μπλε-άσπρα αστέρια, δίνοντας τη θέση τους σε ένα νέο φως και ένα νέο χρώμα.

Το σημερινό χρώμα του σύμπαντος - παρόμοιο με τον καφέ με πολλή κρέμα - ονομάστηκε το 'cosmic latte' από Karl Glazebrook και Ivan Baldry το 2002. Υπολόγισαν ένα μέσο χρώμα από όλο το φως που εκπέμπεται από γαλαξίες και αστέρια που υπάρχουν σήμερα .

Το Cosmic latte θα παραμείνει μόνο για λίγο - μετά από τρισεκατομμύρια χρόνια, τα αστέρια θα εξασθενίσουν και για άλλη μια φορά το σύμπαν θα είναι μαύρο.

https://asgardia.space/en/news/Have-You-Ever-Wondered-What-the-Color-of-the-Universe-is

Ψάχνοντας για σκουληκότρυπες.

Το 1916, έναν χρόνο μετά την διατύπωση της γενικής θεωρίας της σχετικότητας , o Ludwig Flamm ανακάλυψε μια λύση των εξισώσεων του Eisntein που περιέγραφε αυτό που σήμερα ονομάζουμε σκουληκότρυπα. Πρόκειται για μια τοπολογική ιδιότητα του χωροχρόνου βάσει της οποίας σχηματίζεται ένα «τούνελ» που συνδέει δύο απομακρυσμένα σημεία του – ένα «κόψιμο δρόμου» διαμέσου του χωρόχρονου. Τον όρο «σκουληκότρυπα» εμπνεύστηκε ο John Archibald Wheeler, από τις σκουληκότρυπες των μήλων.

Για μια απλή οπτική εξήγηση της σκουληκότρυπας, φανταζόμαστε τον χωρόχρονο να απεικονίζεται ως μία δισδιάστατη επιφάνεια. Αν αυτή η επιφάνεια καμπυλωθεί διαμέσου μιας τρίτης διάστασης, μας δίνει την εικόνα της σκουληκότρυπας σαν έναν «σωλήνα» που ενώνει δύο απομακρυσμένες περιοχές του χωρόχρονου. Στην πραγματικότητα αυτή η δισδιάσταστη επιφάνεια είναι τετραδιάστατη (τρεις διαστάσεις χώρου + μία χρόνου) και γι αυτό η οπτικοποίηση της πραγματικής καμπυλότητας είναι αδύνατη. Προς το παρόν δεν υπάρχουν παρατηρησιακά δεδομένα για σκουληκότρυπες, οι οποίες όμως προβλέπονται από την Γενική θεωρία της Σχετικότητας.

Στην φωτογραφία

α) Διάγραμμα μιας σκουληκότρυπας που συνδέει δυο διαφορετικά σύμπαντα

(β) Διάγραμμα σκουληκότρυπας που συνδέει δυο απομακρυσμένες περιοχές του σύμπαντος.

Το αν υπάρχουν οι σκουληκότρυπες μπορεί να είναι υπό συζήτηση, όμως κανείς δεν απαγορεύει τους φυσικούς να ψάχνουν τρόπους για να τις ανιχνεύσουν, στην περίπτωση που υπάρχουν.

Κι αυτό κάνουν οι De-Chang Dai και Dejan Stojkovic στο άρθρο τους με τίτλο «Observing a wormhole».

https://arxiv.org/abs/1910.00429

Η μέθοδός τους επικεντρώνεται στον εντοπισμό μιας σκουληκότρυπας γύρω από τον Τοξότη Α*, ένα αντικείμενο που θεωρείται πως είναι μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα στο κέντρο του Γαλαξία μας. Ενώ δεν υπάρχουν αποδείξεις ότι εκεί υπάρχει μια σκουληκότρυπα, πρόκειται για την κατάλληλη θέση αναζήτησης, διότι η ύπαρξη σκουληκότρυπας απαιτεί ισχυρά βαρυτικά πεδία, σαν αυτά που υπάρχουν στις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες.

Οι Dai και Stojkovic υποστηρίζουν ότι αν υπάρχει μια σκουληκότρυπα στον Τοξότη Α*, τα κοντινά σ’ αυτήν άστρα θα επηρεάζονται από την βαρύτητα των άστρων που υπάρχουν στο άλλο άκρο της σκουληκότρυπας. Επομένως, αναζητώντας μικρές αποκλίσεις στην αναμενόμενη τροχιά των άστρων στην γειτονιά του Τοξότη Α*, θα ήταν δυνατόν να ανιχνευθεί η ύπαρξη της σκουληκότρυπας

Σύμφωνα με τον Dejan Stojkovic: «αν έχετε δύο άστρα, ένα σε κάθε πλευρά της σκουληκότρυπας, το άστρο που βρίσκεται στην πλευρά μας θα πρέπει να αισθάνεται την βαρυτική αλληλεπίδραση από το άστρο που βρίσκεται στην απέναντι πλευρά. Η βαρυτική ροή θα περνάει μέσα από τη σκουληκότρυπα. Επομένως, θα εμφανίζονται αποκλίσεις στην αναμενόμενη τροχιά ενός άστρου γύρω από τον Τοξότη Α*, εφόσον εκεί υπάρχει σκουληκότρυπα με ένα άλλο άστρο στην άλλη πλευρά της».

Ο Stojkovic υποστηρίζει πως αν ποτέ βρεθούν σκουληκότρυπες, δεν θα είναι σαν αυτές που περιγράφονται από την επιστημονική φαντασία. Ισχυρίζεται πως οι άνθρωποι και τα διαστημόπλοια πιθανότητα δεν θα μπορούν να τις διασχίσουν. Απαιτείται μια πηγή αρνητικής ενέργειας για να διατηρηθεί η σκουληκότρυπα ανοιχτή, και δεν ξέρουμε πως μπορούμε να πετύχουμε κάτι τέτοιο. Η δημιουργία μιας σκουληκότρυπας που θα παραμένει σταθερή φαίνεται (προς το παρόν) εξωπραγματική.

Παρ’ όλα αυτά, οι σκουληκότρυπες – είτε μπορούμε να τις διασχίσουμε είτε όχι – είναι ένα από τα πιο ενδιαφέροντα θεωρητικά φυσικά φαινόμενα για μελέτη. Μπορεί να μην έχουν ανιχνευθεί, σύμφωνα όμως με την θεωρία είναι δυνατή η ύπαρξή τους. Οι σκουληκότρυπες, λέει ο Stojkovic, «είναι μια νόμιμη λύση των εξισώσεων του Αϊνστάιν».

Στην εργασία τους οι Stojkovic και Dai επικεντρώνονται στο πως θα μπορούσαμε να εντοπίσουμε μια σκουληκότρυπα αναζητώντας διαταραχές στην τροχιά του άστρου S2, που περιφέρεται γύρω από τον Τοξότη A*.

Ενώ οι σημερινές τεχνικές παρακολούθησης δεν είναι ακόμα αρκετά ακριβείς για να αποκαλύψουν την παρουσία μια σκουληκότρυπας, οι Stojkovic και Dai υποστηρίζουν ότι η συλλογή δεδομένων για το S2 για ένα μεγαλύτερο χρονικό διάστημα ή η ανάπτυξη τεχνικών για την ακριβέστερη παρακολούθηση της κίνησης, θα καθιστούσε δυνατή μια τέτοια ανίχνευση. Κι αυτό θα μπορούσε να συμβεί στα επόμενα δέκα με είκοσι χρόνια από σήμερα.

Ωστόσο, ακόμα κι αν με τον έναν ή τον άλλο τρόπο ανιχνεύσουμε διαταραχές στην τροχιά του S2, δεν θα μπορούμε να τις αποδώσουμε με βεβαιότητα σε μια σκουληκότρυπα. Θα μπορούσε πιθανόν να υπάρχει κάποια άλλη αιτία στην δική μας πλευρά που διαταράσσει την κίνηση αυτού του άστρου.

Αν και η εργασία επικεντρώνεται στις διαπερατές σκουληκότρυπες, η μέθοδος θα μπορούσε να δείχνει την παρουσία και μη διαπερατής σκουληκότρυπας. Διότι σύμφωνα με τον Stojkovic η επίδραση της βαρύτητας γίνεται αισθητή και στις δυο πλευρές της σκουληκότρυπας, είτε αυτές διασχίζονται από αντικείμενα είτε όχι.

https://physicsgg.me/2019/10/24/%cf%88%ce%ac%cf%87%ce%bd%ce%bf%ce%bd%cf%84%ce%b1%cf%82-%ce%b3%ce%b9%ce%b1-%cf%83%ce%ba%ce%bf%cf%85%ce%bb%ce%b7%ce%ba%cf%8c%cf%84%cf%81%cf%85%cf%80%ce%b5%cf%82/

Πόσο μακριά βρίσκεται η άκρη του σύμπαντος ή ποιο είναι το μέγεθος του σύμπαντος.

Τρεις είναι οι πιθανές γεωμετρίες του σύμπαντος, οι οποίες καθορίζουν και την εξέλιξή του. Η ευκλείδεια γεωμετρία που περιγράφει το επίπεδο σύμπαν, η σφαιρική γεωμετρία που περιγράφει το κλειστό σύμπαν και η υπερβολική γεωμετρία που περιγράφει το ανοιχτό σύμπαν. Στην δεύτερη περίπτωση το σύμπαν έχει πεπερασμένο μέγεθος και νομιμοποιούμαστε να ρωτάμε για το μέγεθός του.

Υπάρχουν πολλές παρανοήσεις σχετικά με τον προσδιορισμό της «ακτίνας» ή της «διαμέτρου» του σύμπαντος. Για παράδειγμα, τo μέγεθος του σύμπαντος δεν είναι μια σφαιρική περιοχή του χώρου ακτίνας 14 δισεκατομμυρίων ετών (περίπου), που διάνυσε το φως από την Μεγάλη Έκρηξη – μέχρι σήμερα. Το παρατηρήσιμο σύμπαν, εννοώντας το τμήμα του σύμπαντος που μπορούμε να δούμε χρησιμοποιώντας τηλεσκόπια (κάθε είδους) και παίρνοντας επιπλέον υπόψιν την διαστολή του σύμπαντος, είναι μια σφαίρα με κέντρο τη Γη με ακτίνα 46 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Όμως ολόκληρο το σύμπαν, συμπεριλαμβάνοντας και τα μέρη που δεν μπορούμε να δούμε, είναι τουλάχιστον 250 φορές μεγαλύτερο. Αλλά στο ζήτημα αυτό δεν έχουν και τόση σημασία οι αριθμοί (οι οποίοι αυξομειώνονται αναλόγως με τα νέα πειραματικά δεδομένα), αλλά η συλλογιστική που μας οδηγεί σ’ αυτούς. Και την συλλογιστική αυτή ξεδιπλώνει ο Dr. Don Lincoln από το Fermilab στο βίντεο που ακολουθεί:

https://physicsgg.me/2019/11/03/%cf%80%cf%8c%cf%83%ce%bf-%ce%bc%ce%b1%ce%ba%cf%81%ce%b9%ce%ac-%ce%b2%cf%81%ce%af%cf%83%ce%ba%ce%b5%cf%84%ce%b1%ce%b9-%ce%b7-%ce%ac%ce%ba%cf%81%ce%b7-%cf%84%ce%bf%cf%85-%cf%83%cf%8d%ce%bc%cf%80%ce%b1/

Το Σύμπαν που ζούμε είναι κλειστό ή ανοικτό;

Από μια νέα ανάλυση της αρχέγονης ακτινοβολίας που περίσσεψε από την Μεγάλη Έκρηξη προκύπτει το συμπέρασμα ότι το σύμπαν είναι σφαιρικό και κλειστό. Αυτό βρίσκεται σε αντίθεση με την μέχρι σήμερα αποδεκτή άποψη ότι το σύμπαν είναι επίπεδο και ανοικτό. Αν συνυπολογίσουμε και την διαφωνία που αιωρείται σχετικά με την τιμή της σταθεράς του Hubble (διαβάστε σχετικά: «Η διαφορά του 9%» ), τότε δημιουργείται η αίσθηση πως η Κοσμολογία βρίσκεται σε κρίση.

Η γεωμετρία του σύμπαντος

Στην αρχαία Ελλάδα, ο Ευκλείδης ανέπτυξε μια όμορφη μαθηματική θεωρία για τον άπειρο τρισδιάστατο χώρο, η οποία θεωρήθηκε από τους περισσότερους ως ο μόνος λογικά δυνατός τρόπος ύπαρξης του φυσικού μας χώρου.

Ωστόσο, μετά το 1800, οι μαθηματικοί Carl Friedrich Gauss, János Bolyai και Nikolai Lobachevsky ανακάλυψαν ότι ο ομοιογενής τρισδιάστατος χώρος θα μπορούσε να υπάρξει και με άλλους τρόπους. Ο Bolyai έγραψε ενθουσιασμένος στον πατέρα του: «Από το τίποτε, δημιούργησα ένα παράξενο νέο σύμπαν». Αυτοί οι νέοι χώροι υπακούουν σε διαφορετικούς κανόνες: για παράδειγμα, δεν χρειάζονταν να είναι άπειροι όπως όριζε ο Ευκλείδης. Ας φανταστούμε ότι σχεδιάζουμε ένα τρίγωνο σε κάθε μια από τις δισδιάστατες επιφάνειες των τρισδιάστατων σχημάτων που φαίνονται στην παρακάτω εικόνα:

Το άθροισμα των γωνιών του τριγώνου στην επιφάνεια της σφαίρας είναι μεγαλύτερο των 180 μοιρών (αριστερά), ακριβώς ίσο με 180 μοίρες στην επιφάνεια του κυλίνδρου (μέσον) και μικρότερο από 180 μοίρες στην επιφάνεια του υπερβολοειδούς (δεξιά). Επιπλέον, η δισδιάστατη επιφάνεια της σφαίρας είναι πεπερασμένη παρότι δεν διαθέτει πέρας.

Το παράδειγμα αυτό δείχνει ότι οι επιφάνειες μπορούν να παραβιάσουν την Ευκλείδεια γεωμετρία, αν δεν είναι επίπεδες. Ωστόσο, ο Gauss και οι άλλοι είχαν μια πιο ριζοσπαστική ιδέα: ένας χώρος μπορεί να καμπυλωθεί από μόνος του, ακόμα κι αν δεν αποτελεί επιφάνεια κάποιου πράγματος!

Για τους περισσότερους, η μαθηματική ανακάλυψη των μη ευκλείδειων χώρων μάλλον έμοιαζε με μαθηματική αφηρημένη έννοια, που δεν είχε πρακτική σχέση με τον φυσικό κόσμο. Αλλά μετά εμφανίστηκε ο Albert Einstein με τη θεωρία της γενικής σχετικότητας, σύμφωνα με την οποία, η γεωμετρία δεν είναι απλά μαθηματικά: είναι επίσης και φυσική. Ο τρισδιάστατος χώρος μας μπορεί να είναι καμπύλος – ακόμα κι αν δεν υπάρχει καμιά κρυφή τέταρτη διάσταση μέσα στην οποία να μπορεί να καμπυλωθεί. Οι εξισώσεις του Einstein δείχνουν ότι όσο περισσότερη ύλη περιέχει ο χώρος τόσο πιο καμπύλος γίνεται. Εξαιτίας αυτής της καμπυλότητας του χώρου, τα αντικείμενα δεν κινούνται ευθύγραμμα αλλά διαγράφουν τροχιά που εκτρέπεται προς τα αντικείμενα μεγάλης μάζας – και η βαρύτητα εμφανίζεται ως εκδήλωση της γεωμετρίας.

Oι εξισώσεις Einstein προβλέπουν την εξέλιξη του παράγοντα κλίμακος (scale factor) R(t). Ο παράγοντας κλίμακος περιγράφει την χρονική εξάρτηση κάθε τυπικού μήκους, όπως για παράδειγμα την απόσταση μεταξύ δυο γαλαξιών, και ικανοποιεί την εξίσωση:

\left[ \frac{\dot{R}(t)}{R(t)} \right] ^{2}=\frac{8 \pi G}{3} \rho (t) -\frac{k}{R(t)^{2}}

όπου G η σταθερά της παγκόσμιας έλξης και ρ(t) η ενεργειακή πυκνότητα του σύμπαντος. Ο γεωμετρικός παράγοντας k παίρνει τις τιμές k=0, -1 και +1, που καθορίζουν την γεωμετρία και την εξέλιξη του σύμπαντος.

Η τιμή k=0 αντιστοιχεί στην μετρική του επίπεδου ευκλείδειου χώρου, η οποία περιγράφει το ανοικτό επίπεδο σύμπαν. Η τιμή k=-1 αντιστοιχεί στη γεωμετρία υπερβολοειδούς και περιγράφει επίσης ανοιχτό σύμπαν.

Η τιμή k=+1 αντιστοιχεί στην γεωμετρία τρισδιάστατης σφαίρας και περιγράφει το κλειστό σύμπαν

Ο παράγοντας k που καθορίζει την τοπολογία του σύμπαντος συνδέεται με την κρίσιμη πυκνότητα του σύμπαντος (διαβάστε περισσότερα: Τι είναι η κρίσιμη πυκνότητα του σύμπαντος και η ανάλογα με τις τιμές του γεωμετρικού παράγοντα k=+1, -1, 0, προκύπτουν οι τρεις πιθανές περιπτώσεις εξέλιξης του σύμπαντος:

(α) το σύμπαν θα σταματήσει να διαστέλλεται και θα αρχίσει η συστολή του.

(β) το σύμπαν θα διαστέλλεται συνεχώς με πεπερασμένο ρυθμό διαστολής.

(γ) το σύμπαν θα συνεχίσει να διαστέλλεται επ’ άπειρο, αλλά ο ρυθμός διαστολής του θα τείνει στο μηδέν.

Η πρώτη περίπτωση αντιστοιχεί στο κλειστό σύμπαν και οι άλλες δυο σε ανοικτό σύμπαν.

Άρα, το ερώτημα σχετικά με το είδος του χώρου στον οποίο ενοικούμε δεν μπορεί να διευθετηθεί μόνο μέσα από την καθαρή λογική, όπως ήλπιζαν οι λάτρεις του Ευκλείδη. Μπορεί να απαντηθεί μόνο αν καταφύγουμε σε μετρήσεις, π.χ. κατασκευάζοντας ένα τεράστιο τρίγωνο στον χώρο (του οποίου οι πλευρές είναι, ας πούμε, φωτεινές δέσμες) και αθροίζοντας τις τρεις γωνίες του ή όπως θα δούμε παρακάτω αναλύοντας τα δεδομένα της κοσμικής μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου. Η απάντηση που δίνουν οι κοσμολόγοι είναι περίπου ίση με 180 μοίρες για τρίγωνα που έχουν μέγεθος ίσο με το σύμπαν, αλλά σημαντικά μεγαλύτερη των 180 μοιρών, αν ένας αστέρας νετρονίων ή μια μαύρη τρύπα καταλαμβάνει μεγάλο μέρος του τριγώνου, άρα το σχήμα του φυσικού μας χώρου είναι πιο πολύπλοκο από τα τρία ενδεχόμενα που φαίνονται στην παραπάνω εικόνα.

Μια νέα μελέτη ευνοεί κλειστό το σύμπαν.

Οι ερευνητές Di Valentino, Melchiorri και Silk δημοσίευσαν μια εργασία στο περιοδικό Nature Astronomy Nature Astronomy με τίτλο «Planck evidence for a closed Universe and a possible crisis for cosmology«, στην οποία η ανάλυση των δεδομένων τους οδηγεί στο μοντέλο του κλειστού σύμπαντος. To μοντέλο αυτό δεν συμβαδίζει με τις μέχρι σήμερα αποδεκτές θεωρίες που περιγράφουν το σύμπαν.

Οι ερευνητές επανεξέτασαν ένα μεγάλο σύνολο κοσμολογικών δεδομένων καταλήγοντας στο συμπέρασμα αυτό με μια βεβαιότητα 99% , παρά το γεγονός ότι άλλα δεδομένα δείχνουν πως το σύμπαν είναι επίπεδο. Εκτιμούν πως η πυκνότητα του σύμπαντος είναι 5% μεγαλύτερη από την κρίσιμη πυκνότητα, που σημαίνει περίπου έξι άτομα υδρογόνου ανά κυβικό μέτρο, αντί για 5,7 που θεωρούνται τώρα, έτσι ώστε η βαρύτητα να επικρατεί ευνοώντας το μοντέλο του κλειστού σύμπαντος .

Οι Di Valentino, Melchiorri και Silk ανέλυσαν τα δεδομένα της κοσμικής μικροκυματικής ακτινοβολία υποβάθρου, από το διαστημικό τηλεσκόπιο Planck Αυτή η ακτινοβολία που απέμεινε από την εποχή της Μεγάλης Έκρηξης, μπορεί να αποκαλύψει μεταξύ άλλων και την πυκνότητα του σύμπαντος. Πώς; Εξετάζοντας το πόσο τα φωτόνια αυτής της αρχέγονης ακτινοβολίας εκτρέπονται βαρυτικά διασχίζοντας το σύμπαν τα τελευταία 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια.

Όση περισσότερη ύλη περιέχει το σύμπαν, όλο και περισσότερο εκτρέπονται στο ταξίδι τους προς τη Γη. Έτσι, η κατεύθυνσή τους δεν αντιστοιχεί στο αρχικό τους σημείο στο πρώιμο σύμπαν. Αυτό το φαινόμενο «βαρυτικού φακού» (gravitational lensing) που στρεβλώνει την εικόνα της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου, εκφράζεται από την παράμετρο Αlens που μέτρησαν οι Melchiorri et al, καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι το σύμπαν μας είναι κλειστό.

Λείπει κάτι από το κοσμολογικό μοντέλο ΛCDM;

Το κοσμολογικό πρότυπο που είναι αποδεκτό σήμερα είναι γνωστό ως ΛCDM. Το όνομα προκύπτει από το ελληνικό γράμμα Λ, το σύμβολο της κοσμολογικής σταθεράς που ξαναμπήκε στο παιχνίδι για να περιγράψει την σκοτεινή ενέργεια, και την ψυχρή σκοτεινή ύλη – Cold Dark Matter. Το ΛCDM με μόνο έξι παραμέτρους περιγράφει με ακρίβεια όλα (σχεδόν) τα χαρακτηριστικά του σύμπαντος. Και το ΛCDM δεν προβλέπει καμπυλότητα. Μας λέει ότι το σύμπαν είναι επίπεδο. H νέα δημοσίευση υποστηρίζει πως ίσως χρειαστεί να προσθέσουμε και μια έβδομη παράμετρο που να περιγράφει την καμπυλότητα του σύμπαντος. Για τις μετρήσεις του gravitational lensing η προσθήκη ενός έβδομου αριθμού βελτιώνει την προσαρμογή της θεωρίας με τα πειραματικά δεδομένα.

Όμως, η ομάδα των επιστημόνων του διαστημικού τηλεσκοπίου Planck, είχε καταλήξει σε διαφορετικά συμπεράσματα στην ανάλυσή της που δημοσιεύθηκε το 2018. Ο Antony Lewis, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο του Sussex και μέλος της ομάδας Planck, που συμμετείχε σ’ αυτή την ανάλυση, δήλωσε ότι η απλούστερη εξήγηση για το συμπέρασμα των Valentino, Melchiorri και Silk περί κλειστού σύμπαντος είναι ότι «απλά πρόκειται για ένα στατιστικό σφάλμα». Άλλοι κοσμολόγοι υποστηρίζουν ότι πριν πάρουμε σοβαρά μια ανωμαλία για να προσθέσουμε μια έβδομη παράμετρο στη θεωρία, πρέπει να λάβουμε υπόψιν όλα τα άλλα πράγματα για τα οποία η ΛCDM έχει δίκιο. Σίγουρα, μπορούμε να επικεντρωθούμε σ’ αυτή την μία ανωμαλία – που έχει πιθανότητα να αληθεύει με την ίδια πιθανότητα που η ρίψη ενός νομίσματος δίνει διαδοχικά 11 κορώνες – και να πούμε ότι το σύμπαν είναι κλειστό. Αλλά η μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου είναι ένα τεράστιο σύνολο δεδομένων που στατιστικά μοιάζει με το ρίχνεις ένα νόμισμα εκατοντάδες ή χιλιάδες φορές. Δεν είναι πολύ δύσκολο να φανταστεί κανείς ότι εκεί θα συναντήσουμε μια τυχαία σειρά 11 κορωνών. Οι φυσικοί το αναφέρουν αυτό ως φαινόμενο «κοιτάξτε αλλού».

Οι Di Valentino et al πιστεύουν ότι το σημαντικό εδώ δεν είναι αν το σύμπαν είναι ή όχι κλειστό. Το πρόβλημα είναι η ασυνέπεια μεταξύ των δεδομένων. Αυτό δείχνει ότι δεν υπάρχει προς το παρόν κανένα συμβιβαστικό μοντέλο και ότι μας λείπει κάτι. Με άλλα λόγια, το μοντέλο ΛCDM είναι λανθασμένο ή ελλιπές.

Ο κοσμολόγος Andrei Linde, ένας από τους πρωτεργάτες του πληθωριστικού σύμπαντος, υπενθυμίζει την πρόσφατη εργασία “A Detailed Description of the CamSpec Likelihood Pipeline and a Reanalysis of the Planck High Frequency Maps” των Γιώργου Ευσταθίου και Steven Gratton. Στην εργασία αυτή εξετάζεται ένα μικρότερο σύνολο δεδομένων του τηλεσκοπίου Planck. Η ανάλυσή τους υποστηρίζει επίσης ένα κλειστό σύμπαν, αλλά με πολύ μικρότερη στατιστική ακρίβεια σε σχέση με την εργασία των Di Valentino, Melchiorri και Silk που εξέτασαν ένα μεγαλύτερο σύνολο δεδομένων του Planck. Oι Ευσταθίου και Gratton εξετάζοντας τα δεδομένα τους μαζί με δυο άλλα προϋπάρχοντα σύνολα δεδομένων από το πρώιμο σύμπαν διαπίστωσαν ότι συνολικά προκύπτει ένα επίπεδο σύμπαν. Ο Ευσταθίου ανέφερε ότι αν δεχθούμε ότι το σύμπαν είναι καμπύλο θα προέκυπταν πολλά προβλήματα – αντιφάσεις με άλλα πειραματικά δεδομένα και ασυμφωνίες με τον παρατηρούμενο ρυθμό διαστολής του σύμπαντος. Σ΄αυτό συμφωνεί και ο Melchiorri. Ότι δηλαδή το μοντέλο του κλειστού σύμπαντος θα προκαλούσε μια σειρά προβλημάτων στην φυσική. Το σίγουρο είναι πως υπάρχει μια ασυμφωνία και πρέπει να είμαστε προσεκτικοί για να βρούμε αυτό που προκαλεί αυτή την ασυμφωνία.

Όλα τα παραπάνω δείχνουν πως πράγματι απαιτείται μια «δραστική επανεξέταση» των δεδομένων, αλλά μας υπενθυμίζουν επίσης ότι σήμερα η κοσμολογία δεν είναι πλέον αυθαίρετες εικασίες, αλλά μια επιστήμη ακριβείας και εργαλείο αναζήτησης νέας φυσικής.

https://physicsgg.me/2019/11/10/%cf%84%ce%bf-%cf%83%cf%8d%ce%bc%cf%80%ce%b1%ce%bd-%cf%80%ce%bf%cf%85-%ce%b6%ce%bf%cf%8d%ce%bc%ce%b5-%ce%b5%ce%af%ce%bd%ce%b1%ce%b9-%ce%ba%ce%bb%ce%b5%ce%b9%cf%83%cf%84%cf%8c-%ce%ae-%ce%b1%ce%bd%ce%bf/

James Peebles: Γιατί το όνομα «θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης» είναι λανθασμένο.

«Το πρώτο πράγμα που πρέπει να ξέρουμε για το επιστημονικό μου αντικείμενο είναι ότι η ονομασία του, η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης (Big Bang), δεν είναι σωστή», λέει ο βραβευμένος με το Νόμπελ Φυσικής 2019 James Peebles.

Ο όρος Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang) χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Fred Hoyle σε μια ραδιοφωνική εκπομπή του BBC, το κείμενο της οποίας δημοσιεύθηκε το 1950. Ο Hoyle με τους συνεργάτες του Hermann Bondi και Thomas Gold, είχαν διατυπώσει το 1948 την Θεωρία της Σταθερής Κατάστασης για το σύμπαν και χρησιμοποίησε τον όρο Μεγάλη Έκρηξη για να ειρωνευτεί την αντίπαλη θεωρία. Παρ’ όλα αυτά τελικά ο όρος αυτός επικράτησε, αποβάλλοντας το ειρωνικό του περιεχόμενο.

Ο James Peebles που κέρδισε το φετινό βραβείο Νόμπελ στη Φυσική είχε μεγάλη συνεισφορά, στις αρχές της δεκαετίας του 1960, στην εδραίωση της θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης. Όμως, όπως δήλωσε σε μια πρόσφατη ομιλία του στην Σουηδική Πρεσβεία στην Ουάσινγκτον απεχθάνεται το όνομα «θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης». Το θεωρεί εντελώς ακατάλληλο. Και τούτο, διότι το όνομα αυτό υπαινίσσεται την έννοια ενός γεγονότος και μιας θέσης, κάτι που είναι λάθος, γιατί στην πραγματικότητα δεν υπάρχουν σαφή δεδομένα για μια γιγαντιαία έκρηξη.

Ο James Peebles είναι προσεκτικός στις διατυπώσεις του και δηλώνει πως δεν γνωρίζει τίποτε για την «αρχή». Είναι πολύ ατυχές το γεγονός ότι κάποιος (ακούγοντας τον όρο «Μεγάλη Έκρηξη») σκέφτεται την αρχή, ενώ στην πραγματικότητα δεν έχουμε μια καλή θεωρία για κάτι τέτοιο.

Αντίθετα, έχουμε μια «καλά δοκιμασμένη θεωρία της εξέλιξης από μια αρχέγονη κατάσταση» στην σημερινή κατάσταση, ξεκινώντας από «τα πρώτα δευτερόλεπτα της διαστολής» – κυριολεκτικά τα πρώτα δευτερόλεπτα του χρόνου, τα οποία έχουν αφήσει τις κοσμολογικές υπογραφές που αναφέρονται ως «απολιθώματα».

Τα απολιθώματα στην παλαιοντολογία σημαίνουν τα διατηρημένα υπολείμματα των ζωντανών οργανισμών από τις πρώιμες γεωλογικές ηλικίες. Τα παλαιότερα κοσμολογικά απολιθώματα είναι ο σχηματισμός του στοιχείου ηλίου και άλλων ελαφρών στοιχείων ως αποτέλεσμα της πυρηνοσύνθεσης που πραγματοποιήθηκε όταν το σύμπαν ήταν πολύ θερμό και πολύ πυκνό.

Αυτές οι θεωρίες υποστηρίζονται με πολύ μεγάλη ακρίβεια από θεωρητικά και παρατηρησιακά δεδομένα, σε αντίθεση με τις θεωρίες που επιχειρούν να περιγράψουν την προηγούμενη μυστηριώδη φάση της «αρχικής χρονικής στιγμής». Δεν έχουμε μια ισχυρή απόδειξη για το τι συνέβη νωρίτερα. Έχουμε θεωρίες, αλλά δεν επιβεβαιώνονται πειραματικά.

Οι θεωρίες είναι υπέροχες, αλλά για μένα, γίνονται αποδεκτές μόνο όταν επιβεβαιωθούν πειραματικά. Κάθε έξυπνος φυσικός μπορεί να δημιουργήσει θεωρίες. Δεν θα μπορούσαν όμως να έχουν καμία σχέση με την πραγματικότητα. Ανακαλύπτετε ποιες θεωρίες είναι κοντά στην πραγματικότητα, συγκρίνοντας τες με τα πειράματα. Δεν έχουμε πειραματικά στοιχεία ώστε να επιβεβαιώσουν κάποια θεωρία που περιγράφει αυτό που συνέβη νωρίτερα.

Μια από αυτές τις θεωρίες είναι γνωστή ως το «μοντέλο πληθωρισμού», το οποίο θεωρεί ότι το πρώιμο σύμπαν επεκτάθηκε εκθετικά γρήγορα μεταξύ 10-33 και 10-32 δευτερόλεπτων της ύπαρξης του σύμπαντος.

«Είναι μια όμορφη θεωρία», δήλωσε ο Peebles. «Πολλοί άνθρωποι πιστεύουν ότι επειδή είναι τόσο όμορφη, είναι σίγουρα σωστή. Αλλά τα αποδεικτικά στοιχεία είναι ισχνά».

Στην ερώτηση, «με ποιόν όρο θα αντικαθιστούσε το όνομα «Μεγάλη Έκρηξη», απάντησε: Έχω εγκαταλείψει την προσπάθεια, χρησιμοποιώ και εγώ τον όρο «Μεγάλη Έκρηξη» και δεν μου αρέσει. Εδώ και χρόνια, ορισμένοι από εμάς προσπάθησαν να πείσουν την επιστημονική κοινότητα να βρει έναν καλύτερο όρο χωρίς επιτυχία. Έτσι, έμεινε ο όρος «Μεγάλη Έκρηξη». Είναι αποτυχημένος όρος, αλλά όλοι ξέρουν αυτό το όνομα. Γι αυτό και εγκατέλειψα (τις προσπάθειες αντικατάστασής του).

https://physicsgg.me/2019/11/14/james-peebles-%ce%b3%ce%b9%ce%b1%cf%84%ce%af-%cf%84%ce%bf-%cf%8c%ce%bd%ce%bf%ce%bc%ce%b1-%ce%b8%ce%b5%cf%89%cf%81%ce%af%ce%b1-%cf%84%ce%b7%cf%82-%ce%bc%ce%b5%ce%b3%ce%ac%ce%bb%ce%b7-%ce%ad%ce%ba/

Η έκρηξη ακτίνων-γ GRB 190114C

Μια σύντομη αλλά κατακλυσμική -άγνωστης προέλευσης- έκρηξη ακτίνων-γ σε ένα μακρινό γαλαξία, σε απόσταση 4,5 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη, είχε την πιο υψηλή ενέργεια που έχει ποτέ γίνει αντιληπτή από τους αστρονόμους (, περίπου 100 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτή του ορατού φωτός. Η κοσμική αυτή έκρηξη έσπασε το ρεκόρ της πηγής φωτός με την υψηλότερη ενέργεια στο σύμπαν.

Οι περισσότεροι από 300 επιστήμονες από όλο τον κόσμο, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό Nature, ανίχνευσαν την έκρηξη (GRB 190114C) αρχικά στις 14 Ιανουαρίου φέτος με τα διαστημικά τηλεσκόπια Neil Gehrels Swift Observatory και Fermi Gamma-ray Space Telescope, ενώ στη συνέχεια και πολλά άλλα επίγεια τηλεσκόπια στράφηκαν πάνω της.

Οι μυστηριώδεις εκρήξεις ακτίνων-γ (Gamma-ray Bursts ή GRBs) είναι οι πιο ισχυρές στο σύμπαν μετά την αρχική «Μεγάλη Έκρηξη» (Big Bang). Πιθανώς παράγονται από τεράστια άστρα που εκρήγνυνται με τη μορφή σούπερ-νόβα αφήνοντας πίσω τους μια μαύρη τρύπα ή από τη συγχώνευση άστρων νετρονίων ή μαύρων οπών. Μια τέτοια έκρηξη απελευθερώνει σε λίγα δευτερόλεπτα τόση ενέργεια όση ο Ήλιος μας σε όλη τη διάρκειας δέκα δισεκατομμυρίων ετών ζωή του.

Οι εκρήξεις αυτού του είδους διαρκούν από κλάσματα δευτερολέπτου έως μερικές εκατοντάδες δευτερόλεπτα, αλλά αφήνουν πίσω τους μια λιγότερη φωτεινή εκπομπή ακτινοβολίας σε ένα ευρύ φάσμα ενεργειών (ραδιοκύματα, οπτική, υπέρυθρη, υπεριώδης, ακτίνες-Χ), που μπορεί να παρατηρηθεί από μερικά τηλεσκόπια για λίγα λεπτά ή από τα ραδιοτηλεσκόπια για μήνες ή και χρόνια.

Κατά την έκρηξη-ρεκόρ ανιχνεύθηκαν φωτόνια των 0,2 έως 1 TeV (τεραηλεκτρονιοβόλτ), ισοδύναμα με την ενέργεια που απελευθερώνουν οι συγκρούσεις πρωτονίων στον μεγάλο επιταχυντή του CERN (συγκριτικά το ορατό φως έχει ενέργεια ενός τριών ηλεκτρονιοβόλτ).

https://physicsgg.me/2019/11/20/%ce%ad%ce%ba%cf%81%ce%b7%ce%be%ce%b7-%ce%b1%ce%ba%cf%84%ce%af%ce%bd%cf%89%ce%bd-%ce%b3-%cf%83%cf%80%ce%ac%ce%b5%ce%b9-%cf%84%ce%bf-%cf%81%ce%b5%ce%ba%cf%8c%cf%81-%ce%b1%ce%ba%cf%84%ce%b9%ce%bd%ce%bf/

Είναι το Σύμπαν σφαιρικό;

Είναι το Σύμπαν σφαιρικό ή επίπεδο; Η επιστημονική αυτή διαμάχη έρχεται στο προσκήνιο έπειτα από έρευνα τριών κοσμολόγων που δημοσιεύτηκε στην επιστημονική επιθεώρηση «Nature Astronomy», τα αποτελέσματα της οποίας υποδεικνύουν ότι το Σύμπαν είναι πιθανό να είναι σφαιρικό και όχι επίπεδο όπως υπέθεταν μέχρι σήμερα οι επιστήμονες. Ας δούμε με περισσότερες λεπτομέρειες για ποιον λόγο η Κοσμολογία, δηλαδή ο κλάδος της Φυσικής ο οποίος μελετάει τη γέννηση του Σύμπαντος, ενδέχεται να περνάει… υπαρξιακή κρίση.

Η πολύτιμη ακτινοβολία

Τα αποτελέσματα της συγκεκριμένης έρευνας, η οποία πραγματοποιήθηκε από ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, το Πανεπιστήμιο Σαπιέντσα της Ρώμης και το Ινστιτούτο Αστροφυσικής του Παρισιού, βασίστηκαν στις μετρήσεις της ακτινοβολίας κοσμικού υποβάθρου οι οποίες συλλέχθηκαν από το διαστημικό τηλεσκόπιο Πλανκ. Το τηλεσκόπιο αυτό λειτούργησε από το 2009 μέχρι το 2013, συλλέγοντας δεδομένα για την κατανομή της ακτινοβολίας κοσμικού υποβάθρου στο Σύμπαν. Τι είναι όμως η ακτινοβολία αυτή και με ποιον τρόπο βοηθάει τους ερευνητές να εξάγουν συμπεράσματα για τα χαρακτηριστικά και τη δομή του Σύμπαντος; Πρόκειται για την ακτινοβολία η οποία απελευθερώθηκε κατά τα πρώτα στάδια σχηματισμού του Σύμπαντος, όταν αυτό βρισκόταν σε κατάσταση εξαιρετικά μεγάλων θερμοκρασιών και πιέσεων. Η ακτινοβολία αυτή είναι ομοιόμορφα κατανεμημένη στο Σύμπαν, ωστόσο η θερμοκρασία της δεν είναι ίδια σε όλα τα σημεία του, αντίθετα εμφανίζει πολύ ελαφριές διακυμάνσεις, τις οποίες οι επιστήμονες αποκαλούν ανισοτροπίες. Οι ανισοτροπίες είναι πολύτιμες στους ερευνητές για να εξάγουν συμπεράσματα σχετικά με την ιστορία του Σύμπαντος, την ηλικία του, την πυκνότητά του σε ύλη αλλά και για το πώς αυτό θα εξελιχθεί στο μέλλον. Ενας τρόπος ο οποίος χρησιμοποιείται από τους επιστήμονες για να μελετήσουν την κατανομή της ακτινοβολίας στον χώρο έγκειται στη μέτρηση της διαφοράς θερμοκρασίας της ακτινοβολίας σε διάφορα σημεία του Διαστήματος. Με αυτόν τον σκοπό, ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος απέστειλε στο Διάστημα το τηλεσκόπιο Πλανκ το 2009.

Τα νέα δεδομένα

Μέχρι σήμερα, σύμφωνα με τις εργασίες οι οποίες είχαν δημοσιευτεί επί του θέματος, οι αναλύσεις των δεδομένων τα οποία είχε συλλέξει το διαστημικό τηλεσκόπιο Πλανκ συνέπλεαν με την υπόθεση ότι το Σύμπαν είναι επίπεδο. Ωστόσο, οι επιστήμονες οι οποίοι πραγματοποίησαν την πρόσφατη δημοσίευση υποστηρίζουν ότι τα εν λόγω δεδομένα υποδεικνύουν ότι το φαινόμενο της βαρυτικής εστίασης παρατηρείται πιο έντονα απ’ ό,τι θα ανέμεναν οι ερευνητές – και κάτι τέτοιο μπορεί να εξηγηθεί αποτελεσματικά μέσω της υπόθεσης ότι το Σύμπαν είναι σφαιρικό. Το φαινόμενο της βαρυτικής εστίασης, το οποίο προβλέπεται από τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας την οποία διατύπωσε ο Αλμπερτ Αϊνστάιν, αναφέρεται στην κάμψη του φωτός η οποία παρατηρείται ανάμεσα σε μία μακρινή πηγή φωτός και στον παρατηρητή. Το γεγονός ότι τα δεδομένα τα οποία συνέλεξε το διαστημικό τηλεσκόπιο Πλανκ υποδεικνύουν ότι το φαινόμενο της κάμψης του φωτός παρατηρείται σε μεγαλύτερο βαθμό από τον αναμενόμενο, θα μπορούσε να εξηγηθεί από την ύπαρξη περισσότερης σκοτεινής ύλης από αυτή που προβλέπουν μέχρι σήμερα οι επιστήμονες. Και ένα σφαιρικό Σύμπαν μπορεί να εξηγήσει αποτελεσματικά τα ευρήματα αυτά, αφού μπορεί να «χωρέσει» μεγαλύτερη ποσότητα σκοτεινής ύλης από ένα επίπεδο Σύμπαν.

Μια διαμάχη με μέλλον

Σε άρθρο της στην ιστοσελίδα «The Conversation», η ερευνήτρια και μία εκ των τριών συγγραφέων της επιστημονικής δημοσίευσης Ελεονώρα Ντι Βαλεντίνο από το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, επιχειρηματολογώντας υπέρ της δημοσίευσης, αναφέρει ότι ένα μοντέλο σφαιρικού Σύμπαντος δεν μπορεί να γίνει εύκολα αποδεκτό από την επιστημονική κοινότητα, κι αυτό οφείλεται σε δύο λόγους: Αφενός, επειδή για να επιβεβαιωθεί η υπόθεση η οποία διατυπώνεται στην εν λόγω επιστημονική δημοσίευση χρειάζεται να αναπτυχθεί πιο εκλεπτυσμένη τεχνολογία, κατάλληλη για πιο ακριβείς μετρήσεις της ακτινοβολίας κοσμικού υποβάθρου. Αφετέρου, επειδή η αποδοχή της υπόθεσης ότι το Σύμπαν ενδέχεται να είναι σφαιρικό φέρνει… τα πάνω κάτω σε μία σειρά από σημαντικές θεωρίες οι οποίες προβλέπουν ότι το Σύμπαν είναι επίπεδο, με χαρακτηριστικότερο παράδειγμα τη θεωρία του Κοσμικού Πληθωρισμού, η οποία περιγράφει τα πρώτα κλάσματα δευτερολέπτου που ακολούθησαν τη Μεγάλη Εκρηξη.

Οπως άλλωστε η ίδια σημειώνει στο εν λόγω άρθρο, «το πιο ενδιαφέρον αποτέλεσμα το οποίο παρουσιάζεται στη δημοσίευσή μας δεν είναι ότι το Σύμπαν φαίνεται να είναι κυρτό και όχι επίπεδο, αλλά το γεγονός ότι ίσως χρειαστεί να τοποθετήσουμε τα κομμάτια του κοσμικού παζλ σε τελείως διαφορετική σειρά».

Οικοδόμηση ενός νέου μοντέλου

Οπως υποστηρίζει η κοσμολόγος Ελεονώρα Ντι Βαλεντίνο (φωτογραφία), η επιστημονική κοινότητα δεν θα πρέπει να απορρίψει εύκολα τα αποτελέσματα της έρευνας (ακόμη

κι αν αυτά δεν μπορούν τυπικά να θεωρηθούν στατιστικά αποδεκτά) επειδή ενδέχεται

να είναι τα σπέρματα για την οικοδόμηση ενός νέου μοντέλου του Σύμπαντος.

Η Θεωρία του Κοσμικού Πληθωρισμού

Ενας από τους σημαντικότερους… μπελάδες που προκύπτουν από τα αποτελέσματα τα οποία υποδεικνύουν ότι το Σύμπαν ενδέχεται να είναι σφαιρικό είναι η Θεωρία του Κοσμικού Πληθωρισμού. Η θεωρία αυτή, η οποία περιγράφηκε για πρώτη φορά στα τέλη της δεκαετίας του 1970, περιγράφει τον τρόπο με τον οποίον το Σύμπαν διαστάλθηκε τα πρώτα κλάσματα δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Εκρηξη. Σύμφωνα με τη θεωρία αυτή, η Μεγάλη Εκρηξη πραγματοποιήθηκε σε έναν απειροελάχιστο χώρο και μέσα σε κλάσματα δευτερολέπτου το Σύμπαν διαστάλθηκε εκθετικά, με τη διαστολή αυτή να περιορίζεται έπειτα σε σημαντικά χαμηλότερους ρυθμούς. Βασισμένοι σε αυτή τη θεωρία, οι επιστήμονες είναι σε θέση να εξηγήσουν μία σειρά παρατηρήσεων, όπως παραδείγματος χάριν το γεγονός ότι η κατανομή της ύλης στο Σύμπαν εμφανίζεται να είναι ομοιόμορφη. Ωστόσο, από τη θεωρία αυτή απορρέει επίσης και η πρόβλεψη ότι το Σύμπαν είναι επίπεδο. Εάν λοιπόν επιβεβαιωθεί η θεωρία των επιστημόνων για τη σφαιρικότητα του Σύμπαντος, η επιστημονική κοινότητα θα χρειαστεί να αναθεωρήσει, μεταξύ άλλων, τη θεωρία του Κοσμικού Πληθωρισμού, η οποία παρέχει πολύτιμες εξηγήσεις για τη δομή του Σύμπαντος.

https://www.tovima.gr/2019/11/27/science/einai-to-sympan-sfairiko/

Ανιχνεύθηκαν οι ισχυρότερες μέχρι σήμερα κοσμικές εκρήξεις.

Τον Ιούλιο του 2018 και τον Ιανουάριο του 2919, τα διαστημικά τηλεσκόπια Fermi και Swift της NASA κατέγραψαν τις δύο ισχυρότερες εκλάμψεις ακτίνων γ (Gamma Ray Bursts–GRB) που έχουν παρατηρηθεί μέχρι σήμερα.

Οι εκλάμψεις ακτίνων γ συγκαταλέγονται ανάμεσα στα βιαιότερα και πλέον ενεργητικά φαινόμενα που μπορούν να εκδηλωθούν στο Σύμπαν, με εξαίρεση φυσικά την Μεγάλη Έκρηξη.

Αυτές οι αδιανόητα βίαιες κοσμικές εκρήξεις ανιχνεύθηκαν για πρώτη φορά τυχαία, προς τα τέλη της δεκαετίας του 1960, από στρατιωτικούς δορυφόρους των ΗΠΑ, σχεδιασμένους να εντοπίζουν παραβιάσεις της συμφωνίας μεταξύ των ΗΠΑ και της ΕΣΣΔ για την μερική απαγόρευση των πυρηνικών δοκιμών.

Έκτοτε, οι μυστηριώδεις αυτές εκλάμψεις ανιχνεύθηκαν πολλές φορές, ενώ σύμφωνα με όλες τις προηγούμενες παρατηρήσεις ταξινομούνται σε δύο κατηγορίες: στις GRB μεγάλης διάρκειας (μεγαλύτερης των 2 sec) και στις GRB μικρής διάρκειας (μικρότερης των 2 sec).

Απ’ ό,τι φαίνεται, μάλιστα, κάθε GRB εκδηλώνεται σε δύο στάδια: αρχικά απελευθερώνεται μία εκτυφλωτική έκλαμψη ακτίνων γ, δηλαδή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με την υψηλότερη ενέργεια, η οποία συνοδεύεται από μία φωτεινή αναλαμπή που, καθώς αργοσβήνει, εκλύει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σε όλο το εύρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.

Η ενέργεια που εκλύεται στην διάρκεια μιας GRB είναι πραγματικά αδιανόητη, αφού σε ελάχιστα μόνο δευτερόλεπτα απελευθερώνεται περισσότερη ενέργεια απ’ αυτήν που θα απελευθέρωνε ο Ήλιος σε 10 δισ. χρόνια.

Εδώ και αρκετά χρόνια, οι αστρονόμοι θεωρούσαν ότι οι GRB μικρής διάρκειας προκαλούνται κατά την σύγκρουση και συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων. Αυτό επιβεβαιώθηκε μόλις το 2017, όταν ανιχνεύθηκαν για πρώτη φορά τα βαρυτικά κύματα και η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που απελευθέρωσε η σύγκρουση δύο τέτοιων αστρικών λειψάνων.

Οι κατά πολύ ισχυρότερες GRB μεγάλης διάρκειας, από την άλλη, σχετίζονται με τον εκρηκτικό θάνατο των γιγάντιων άστρων του Σύμπαντος, ο πυρήνας των οποίων καταρρέει σε μια μαύρη τρύπα.

Καθώς, δηλαδή μέρος από την ύλη του άστρου συνεχίζει να καταρρέει προς την μαύρη τρύπα που έχει διαμορφωθεί στον πυρήνα του, σχηματίζεται γύρω του ένας περιστρεφόμενος δίσκος υπέρθερμων υλικών.

Παράλληλα, όμως, και με τρόπο που δεν είναι ακόμη κατανοητός σε βάθος, ενεργοποιούνται δέσμες καυτού πλάσματος, οι οποίες κινούνται με ταχύτητα που φτάνει ακόμη και το 99,99% της ταχύτητας του φωτός. Καθώς διασχίζουν αστραπιαία τα υλικά του άστρου που συνεχίζουν να καταρρέουν προς την μαύρη τρύπα που έχει σχηματιστεί στο κέντρο του, εκτινάσσονται από τους πόλους του άστρου, μετατρέποντας την ενέργειά τους σε μια εκτυφλωτική έκλαμψη ακτίνων γ.

Μία τέτοια GRB παρατηρήθηκε και τον Ιούλιο του 2018 από τα διαστημικά τηλεσκόπια Fermi και Swift, ενώ η επίγεια ανίχνευση φωτονίων από το βίαιο αυτό συμβάν οφείλεται στην συστοιχία τηλεσκοπίων HESS, που είναι εγκατεστημένη στην Ναμίμπια.

Αξίζει να σημειώσουμε εδώ ότι το τηλεσκοπικό αυτό σύστημα δεν ανιχνεύει απευθείας τις ακτίνες γ, αλλά την ακτινοβολία Cherenkov, δηλαδή αμυδρές γαλάζιες εκλάμψεις που προκαλούνται στην γήινη ατμόσφαιρα, όταν φωτόνια ιδιαίτερα υψηλής ενέργειας συγκρούονται με τα μόρια του αέρα και παράγουν ζεύγη ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων, τα οποία κινούνται με τεράστιες ταχύτητες.

Η ανίχνευση της ακτινοβολίας αυτής από το HESS επέτρεψε στους αστρονόμους να προσδιορίσουν την προέλευση της αρχικής έκλαμψης σε έναν γαλαξία περίπου 6 δισ. έτη φωτός μακριά μας, αλλά και να υπολογίσουν την ενέργεια των φωτονίων της.

Η επιστημονική ομάδα που ανέλυσε τα δεδομένα του HESS ανακοίνωσε ότι ανίχνευσε φωτόνια ενέργειας ακόμη και 440 GeV, δηλαδή φωτόνια με ενέργεια 130-200 δισ. φορές μεγαλύτερη από την ενέργεια των φωτονίων που αντιστοιχούν στο ορατό φως! Αυτό που είναι ακόμη πιο εντυπωσιακό είναι ότι το HESS δεν μπόρεσε να παρατηρήσει την έκλαμψη παρά 10 ώρες μετά την εμφάνισή της.

Παρόλ’ αυτά ανίχνευε φωτόνια σ’ αυτό το εύρος ενέργειων για 2 επιπλέον ώρες. Με άλλα λόγια, τα φωτόνια που ανίχνευσε το HESS δεν προέρχονταν από την ίδια την έκλαμψη, αλλά από την ασθενέστερη αναλαμπή που την ακολούθησε. Ήταν τα φωτόνια με την υψηλότερη ενέργεια που είχαν ανιχνευθεί μέχρι τότε.

Λίγους μήνες αργότερα, τον Ιανουάριο του 2019, τα διαστημικά τηλεσκόπια Swift και Fermi ανίχνευσαν μία άλλη GRB. Αυτή την φορά, ωστόσο, η επίγεια ανίχνευση φωτονίων επιτεύχθηκε από το τηλεσκόπιο MAGIC, που είναι εγκατεστημένο στις Κανάριες Νήσους, η λειτουργία του οποίου βασίζεται κι αυτή στην ανίχνευση της ακτινοβολίας Cherenkov.

Η ανάλυση των σχετικών δεδομένων κατέδειξε ότι η έκλαμψη παρατηρήθηκε σε έναν γαλαξία, περίπου 4,5 δισ. έτη φωτός μακριά μας, ενώ αυτή την φορά ανιχνεύθηκαν φωτόνια ακόμη υψηλότερης ενέργειας, της τάξης του 1 TeV, δηλαδή με ενέργεια τουλάχιστον 500 δισ. φορές μεγαλύτερη απ’ αυτήν του ορατού φωτός. Οι δύο επιστημονικές ομάδες δημοσίευσαν τα αποτελέσματα των ερευνών τους στο περιοδικό Nature στις 20 Νοεμβρίου.

https://www.eef.edu.gr/el/arthra/anihneythikan-oi-ishyroteres-mehri-simera-kosmikes-ekrikseis/

Ανιχνεύθηκαν για δεύτερη φορά βαρυτικά κύματα από σύγκρουση αστέρων νετρονίων.

Για δεύτερη φορά ανιχνεύθηκαν στη Γη βαρυτικά κύματα που, κατά πάσα πιθανότητα, προέρχονταν από ένα μακρινό ασυνήθιστο κατακλυσμικό συμβάν, τη σύγκρουση δύο αστέρων νετρονίων.

Τη σχετική ανακοίνωση έκανε η διεθνής ερευνητική κοινοπραξία των παρατηρητηρίων LIGO και VIRGO από ΗΠΑ-Ευρώπη, αντίστοιχα.

Η πρώτη ανίχνευση παρόμοιας προέλευσης βαρυτικών κυμάτων είχε γίνει τον Αύγουστο του 2017, σε ένα γαλαξία σε απόσταση 130 εκατομμυρίων ετών από τη Γη.

Η δεύτερη ανίχνευση, σε απόσταση άνω των 500 εκατομμυρίων ετών φωτός, έγινε μόνο από τον ανιχνευτή LIGO στη Λουιζιάνα, καθώς ο δεύτερος στην Ουάσιγκτον ήταν προσωρινά εκτός λειτουργίας, ενώ ο ευρωπαϊκός στην Πίζα της Ιταλίας δεν ήταν αρκετά ευαίσθητος για να «πιάσει» τα αχνά σήματα.

Συνήθως, το διεθνές δίκτυο χρησιμοποιεί και τα τρία παρατηρητήρια του για να επιβεβαιώνει μια ανακάλυψη, κάτι που όμως δεν συνέβη αυτή τη φορά.

Τα περισσότερα βαρυτικά κύματα που έχουν ανιχνευθεί μέχρι σήμερα (η αρχή έγινε το 2015), προέρχονται κατά πάσα πιθανότητα από συγκρουόμενες μαύρες τρύπες και όχι από αστέρες νετρονίων.

Οι τελευταίοι είναι πολύ πυκνά απομεινάρια κατεστραμμένων γιγάντιων άστρων με το μέγεθος πλέον μιας πόλης, που περιστρέφονται γρήγορα σαν σβούρες και κάποια στιγμή μπορεί να συγχωνευθούν με ένα παρόμοιο γειτονικό άστρο, κάτι που στέλνει στο διάστημα βαρυτικούς κυματισμούς.

Οι επιστήμονες υπολόγισαν ότι η συνολική μάζα του συγχωνευόμενου δεύτερου ζεύγους αστέρων νετρονίων ήταν 3,4 φορές μεγαλύτερη του Ήλιου μας. Στο γαλαξία μας μέχρι τώρα είχαν ανακαλυφθεί ζευγάρια άστρων νετρονίων με συνδυασμένη μάζα έως 2,9 φορές μεγαλύτερη του Ήλιου.

«Αυτό είναι σαφώς βαρύτερο από οποιοδήποτε άλλο ζευγάρι άστρων νετρονίων που έχει ποτέ παρατηρηθεί», δήλωσε η ελληνικής καταγωγής αστρονόμος Κατερίνα Χατζηιωάννου, ερευνήτρια του Κέντρου Υπολογιστικής Αστροφυσικής του Ινστιτούτου Flatiron της Νέας Υόρκης και εκπρόσωπος του LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), στο ετήσιο συνέδριο της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας στη Χονολουλού της Χαβάης.

Σχετική δημοσίευση θα ακολουθήσει στο περιοδικό αστροφυσικής «The Astrophysical Journal Letters».

Η ίδια επιστήμονας δεν απέκλεισε τελείως την πιθανότητα τα βαρυτικά κύματα να προέρχονται όχι από αστέρες νετρονίων, αλλά από τη συγχώνευση ανάμεσα σε δύο μαύρες τρύπες «ελαφρών βαρών» (τις μικρότερες που θα είχαν ποτέ βρεθεί) ή ανάμεσα σε μια μαύρη τρύπα και σε ένα αστέρα νετρονίων.

Όπως είπε η Χατζηιωάννου, μετά τη συγχώνευση των δύο αστέρων νετρονίων, αυτά κατέρρευσαν βαρυτικά, δημιουργώντας μια μαύρη τρύπα.

Σε κάθε περίπτωση, τα βαρυτικά κύματα ολοένα περισσότερο ανοίγουν το δρόμο για μια νέα αστρονομία πολλαπλών μηνυμάτων (multimessenger astronomy), στην οποία οι επιστήμονες διαθέτουν ταυτόχρονα για το ίδιο φαινόμενο ποικίλες πηγές πληροφοριών. Σύντομα θα τεθεί σε λειτουργία στην Ιαπωνία ένας ακόμη ανιχνευτής βαρυτικών κυμάτων.

https://www.kathimerini.gr/1059026/article/epikairothta/episthmh/anixney8hkan-gia-deyterh-fora-varytika-kymata-apo-sygkroysh-asterwn-netroniwn

Τα 12 μεγαλύτερα πράγματα που έχουν ανακαλυφθεί στο σύμπαν.

Το σύμπαν είναι μεγάλο (αδιανόητα μεγάλο) και γεμάτο με μεγάλα «πράγματα». Όσο περνάνε τα χρόνια, ο κατάλογος με τα μεγαλύτερα αντικείμενα και δομές στο σύμπαν αλλάζει συνεχώς, καθώς οι επιστήμονες ολοένα κάνουν νέες ανακαλύψεις.

Ας δούμε μερικά χαρακτηριστικά ρεκόρ και, με την ευκαιρία, ας αναλογιστούμε πόσο μικρή είναι η Γη μέσα στην απεραντοσύνη του σύμπαντος.

– Ο μεγαλύτερος εξωπλανήτης: GQ Lupi b. Ανακαλύφθηκε το 2005, κινείται γύρω από ένα νεαρό άστρο και εκτιμάται ότι έχει ακτίνα περίπου 3,5 φορές μεγαλύτερη του Δία, του γίγαντα του ηλιακού μας συστήματος. Μερικοί επιστήμονες υποστηρίζουν ότι δεν πρόκειται για τεράστιο εξωπλανήτη, αλλά για μικρό άστρο (καφέ νάνο).

– Το μεγαλύτερο άστρο: UY Scuti (Ασπίδος). Έχει ακτίνα περίπου 1.700 μεγαλύτερη από τον Ήλιο μας. Αν βρισκόταν στο κέντρο του δικού μας ηλιακού συστήματος, η άκρη του θα έφθανε πέρα από την τροχιά του Δία, ενώ τα αέρια και η σκόνη του πέρα από την τροχιά του Πλούτωνα ή 400 φορές την απόσταση Γης-Ήλιου.

– Το μεγαλύτερο νεφέλωμα: Ταραντούλα. Είναι επίσης η πιο ενεργή περιοχή δημιουργίας άστρων στη γαλαξιακή «γειτονιά» μας, ένα πραγματικό αστρικό «βρεφοκομείο». Εκτείνεται σε απόσταση άνω των 1.800 ετών φωτός και βρίσκεται σε απόσταση 170.000 ετών φωτός από τη Γη στο Μεγάλο Μαγγελανικό Νέφος, ένα μικρό γαλαξία δορυφορικό του δικού μας.

– Το μεγαλύτερο κενό σημείο: Το υπερ-κενό του Ηριδανού: Είναι μια γιγάντια περιοχή άδειου διαστήματος, που ανακαλύφθηκε το 2004 από το δορυφόρο WMAP της NASA. Εκτείνεται σε έκταση 1,8 δισεκατομμυρίων ετών φωτός, μια ασύλληπτα μεγάλη περιοχή που περιέργως είναι κενή από άστρα, αέρια, σκόνη, ακόμη και σκοτεινή ύλη. Κανένας επιστήμονας δεν έχει ιδέα πώς και γιατί υπάρχει ένα κενό τέτοιας κλίμακας.

– Ο μεγαλύτερος γαλαξίας: IC 1101. Είναι τουλάχιστον 50 φορές μεγαλύτερος και με μάζα 2.000 φορές μεγαλύτερη από το δικό μας γαλαξία (που έχει έκταση περίπου 100.000 ετών φωτός, έναντι 5,5 εκατομμυρίων ετών φωτός του IC 1101).

– Η μεγαλύτερη μαύρη τρύπα: ΤΟΝ 618. Έχει μάζα 66 δισεκατομμύρια Ήλιους και βρίσκεται σε απόσταση 10,37 δισ. ετών φωτός από τη Γη, στο ενεργό κέντρο ενός μακρινού γαλαξία που εκπέμπει τεράστιες ποσότητες ακτινοβολίας (κβάζαρ). Στο λεγόμενο «τοπικό σύμπαν» (σε απόσταση 1 δισ. ετών φωτός από το ηλιακό μας σύστημα) η μεγαλύτερη μαύρη τρύπα ανακαλύφθηκε πρόσφατα στο κέντρο του γαλαξία Holm 15A και έχει μάζα 40 δισ. φορές μεγαλύτερη από του Ήλιου.

– Η μεγαλύτερη γαλαξιακή φυσαλίδα: Έχει ύψος 25.000 ετών φωτός, το ένα τέταρτο του γαλαξία μας, από τον οποίο και έχει δημιουργηθεί. Ανακαλύφθηκε το 2004 από το τηλεσκόπιο «Φέρμι», φαίνεται μόνο σε ορισμένα μήκη κύματος ακτινοβολίας και πιθανώς οφείλεται σε παλαιότερη δραστηριότητα της κεντρικής μαύρης τρύπας του γαλαξία μας, του Τοξότη Α*.

– Το μεγαλύτερο αντικείμενο: Το πρωτοσμήνος γαλαξιών SPT2349-56. Όταν ακόμη το σύμπαν είχε το ένα δέκατο της σημερινής ηλικίας του, 14 γαλαξίες συγκρούστηκαν και σχημάτισαν το μεγαλύτερο γνωστό διαστημικό «αντικείμενο» που σχηματίστηκε υπό την επιρροή της βαρύτητας. Καταλαμβάνει χώρο τριπλάσιο του γαλαξία μας και κάποια στιγμή οι γαλαξίες του θα συγχωνευθούν πλήρως σε ένα ενιαίο γαλαξία με μάζα δέκα τρισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη του Ήλιου μας. ‘Αλλοι 50 γαλαξίες περιβάλλουν το πρωτοσμήνος, προσδίδοντας του στο μέλλον ακόμη μεγαλύτερες διαστάσεις.

– Το μεγαλύτερος σμήνος γαλαξιών: του Σάπλεϊ. Ανακαλύφθηκε από τον αστρονόμο Harlow Shapley στη δεκαετία του 1930 και περιέχει περισσότερους από 8.000 γαλαξίες με συνολική μάζα τουλάχιστον δέκα εκατομμύρια δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη σε σχέση με τον Ήλιο μας. Είναι επίσης η μεγαλύτερη δομή στο λεγόμενο «τοπικό» σύμπαν μας, σύμφωνα με τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA).

– To μεγαλύτερο υπερσμήνος γαλαξιών: Λανιακέα. Σε αυτό ανήκει και ο δικός μας γαλαξίας. Εκτείνεται σε απόσταση άνω των 520 εκατομμυρίων ετών φωτός και δεν έχει συγκεκριμένα σύνορα, αλλά οι αστρονόμοι εκτιμούν ότι περιέχει περίπου 100.000 γαλαξίες με συνολική μάζα 100 εκατομμύρια δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη του Ήλιου μας.

– Η μεγαλύτερη ομάδα κβάζαρ: Huge-LQG. Εκτείνεται σε απόσταση τεσσάρων δισεκατομμυρίων ετών φωτός και περιέχει 73 κβάζαρ (υπερδραστήριες και υπερφωτεινές μαύρες τρύπες σε κέντρα γαλαξιών) με μάζα ασύλληπτα μεγαλύτερη του Ήλιου μας (ο αριθμός 6,1 επί 18 μηδενικά).

– Η μεγαλύτερη γνωστή οντότητα στο σύμπαν: Το Μέγα Τείχος Ηρακλή-Βορείου Στέμματος. Έχει έκταση δέκα δισεκατομμυρίων ετών φωτός και περιέχει δισεκατομμύρια γαλαξίες. Ανακαλύφθηκε το 2013 και πήρε το όνομα του, επειδή βρίσκεται στην κατεύθυνση των αστερισμών του Ηρακλή και του Βορείου Στέμματος (Corona Borealis), σύμφωνα με το Live Science.

Στις φωτογραφίες το GQ Lupi b το GQ Lupi b και το Το νεφέλωμα Ταραντούλα.

https://physicsgg.me/2020/01/19/%cf%84%ce%b1-12-%ce%bc%ce%b5%ce%b3%ce%b1%ce%bb%cf%8d%cf%84%ce%b5%cf%81%ce%b1-%cf%80%cf%81%ce%ac%ce%b3%ce%bc%ce%b1%cf%84%ce%b1-%cf%80%ce%bf%cf%85-%ce%ad%cf%87%ce%bf%cf%85%ce%bd-%ce%b1%ce%bd%ce%b1%ce%ba/

Ανιχνεύθηκαν νέα μυστηριώδη κοσμικά ραδιοσήματα.

Οι πρόσφατα ανιχνευθείσες γρήγορες ραδιοφωνικές εκρήξεις (FRB=Fast Radio Burst) προβληματίζουν τους αστρονόμους, καθώς φαίνεται να επαναλαμβάνονται κάθε 16 μέρες, κάτι που εγείρει πολλά ερωτήματα.

Τι είναι τα FRB;

Είναι εξαιρετικά ισχυρές εκπομπές ραδιοσυχνοτήτων που διαρκούν για μόνο μερικά κλάσματα του δευτερολέπτου. Οι πηγές αυτών των εκρήξεων είναι απόλυτα μυστήρια για τους αστρονόμους και από τις εκατοντάδες που έχουν εντοπιστεί μέχρι τώρα, έχουν εντοπιστεί μόνο οι πέντε.

Οποιοδήποτε συμβάν παράγει αυτές τις εκπομπές, παράγει πάνω από δεκάδες χιλιάδες φορές περισσότερη ενέργεια από τον ήλιο. Ενώ τα περισσότερα FRB είναι σήματα που στέλνονται μια φορά, μερικά έχουν ανιχνευθεί πολλές φορές να επαναλαμβάνονται, χωρίς εξήγηση.

Οι επιστήμονες βρίσκονται σε διαμάχη γύρω από υποθέσεις που σχετικά με τις κοσμικές συγκρούσεις και τις αστραπιαίες εκλάμψεις σε άστρα με εξαιρετικά μαγνητισμένα νετρόνια.

Τι γνωρίζουμε για αυτό τα FRB;

Είναι επαναλαμβανόμενες εκρήξεις, που ανιχνεύτηκαν για πρώτη φορά στις 16 Σεπτεμβρίου 2018. Προέρχονται από έναν τεράστιο σπειροειδή γαλαξία στον οποίο δημιουργούνται άστρα, 500 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά, πλούσιο σε βαρέα μέταλλα και χαμηλό μαγνητισμό.

Τι νέο υπάρχει εδώ;

Μετά από την αρχική ανακάλυψη του τελευταίου FRB, το Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) άρχισε τις παρατηρήσεις για 13 μήνες, εντοπίζοντας 28 επιπλέον εκρήξεις. Οι εκρήξεις συνέβαιναν για 4 μέρες ενώ στη συνέχεια ακολουθούσαν 12 ημέρες «σιωπής», υποδηλώνοντας ότι η πηγή που παράγει το FRB λειτουργεί σε κανονικό κύκλο 16 ημερών. Τα ευρήματα αναφέρθηκαν σε ένα νέο έγγραφο που προστέθηκε πρόσφατα στο arXiv.

Τι σημαίνει αυτό;

Το γεγονός ότι το FRB έχει συνολικό κύκλο 16 ημερών υποδεικνύει ότι η πηγή μπορεί να περιστρέφεται γύρω από ένα μαζικό αντικείμενο κάποιου είδους (όπως η μαύρη τρύπα χαμηλής μάζας) που πιθανώς διεγείρει ή εκλείπει την εκπομπή του σήματος με βάση τη διάρκεια της τροχιάς. Μια ξεχωριστή μελέτη υποδηλώνει ότι το FRB παράγεται από ένα αστέρι νετρονίων σε ένα δυαδικό σύστημα με ένα πολύ πιο μαζικό αστέρι.

Είναι εξωγήινοι;

Σχεδόν σίγουρα όχι. Τα σήματα είναι ένα σημάδι ενεργητικών γεγονότων που βρίσκονται στην ακραία κλίμακα του Κόσμου. Ακόμα και ένα εξαιρετικά ευφυές είδος θα ήταν πολύ απίθανο να παράγει τέτοιες ενέργειες. Και δεν υπάρχει μέχρι στιγμής κανένα ανιχνεύσιμο μοτίβο που να υποδηλώνει ότι υπάρχει κάτι τέτοιο.

https://physicsgg.me/2020/02/11/%ce%b1%ce%bd%ce%b9%cf%87%ce%bd%ce%b5%cf%8d%ce%b8%ce%b7%ce%ba%ce%b1%ce%bd-%ce%bd%ce%ad%ce%b1-%ce%bc%cf%85%cf%83%cf%84%ce%b7%cf%81%ce%b9%cf%8e%ce%b4%ce%b7-%ce%ba%ce%bf%cf%83%ce%bc%ce%b9%ce%ba%ce%ac/

Η ρυτίδα του χωρο-χρόνου.

Στις 14 Σεπτεμβρίου 2015 οι ανιχνευτές των παρατηρητηρίων LIGO λαμβάνουν βαρυτικά κύματα από το Διάστημα. Αφού οι ερευνητές επιβεβαιώνουν ότι πρόκειται πράγματι για τέτοιου είδους κύματα, ανακοινώνουν λίγους μήνες μετά ότι η συγχώνευση δύο μαύρων τρυπών είχε ως αποτέλεσμα την εκπομπή βαρυτικών κυμάτων ισχύος ικανής για να ανιχνευθούν από τα ανθρώπινα επιστημονικά όργανα. Η ιστορική αυτή ανακάλυψη επιβεβαίωσε για ακόμα μία φορά τις προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, η οποία είχε διατυπωθεί 100 χρόνια πριν από τον Αλβέρτο Αϊνστάιν. Δύο χρόνια μετά, το 2017, το Παρατηρητήριο έρχεται ξανά στο προσκήνιο της επιστημονικής επικαιρότητας: τα βαρυτικά κύματα «ενοχλούν» ξανά το συμβολόμετρο, ειδοποιώντας ότι ένα κοσμικό φαινόμενο έχει λάβει χώρα. Αυτή τη φορά ήταν η συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων που προκάλεσε την έκλυση βαρυτικών κυμάτων. Η παρατήρηση αυτή ήταν, όπως αποδεικνύεται, μόνο η αρχή, αφού οι αστροφυσικοί για δεύτερη φορά στην Ιστορία ανακοίνωσαν αυτόν τον μήνα στο 235ο Συνέδριο της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων τα οποία προέρχονται πιθανότατα από τη συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων.

Τι είναι τα βαρυτικά κύματα

«Κυρίες και κύριοι, ανιχνεύσαμε βαρυτικά κύματα!». Με αυτά τα λόγια ο φυσικός Ντέιβιντ Ρίιτζ, διευθυντής του Παρατηρητηρίου Βαρυτικών Κυμάτων μέσω Συμβολόμετρου Λέιζερ της Ουάσιγκτον (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory LIGO) ανακοίνωσε την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων. Γιατί όμως η ανίχνευση των κυμάτων αυτών ήταν τόσο σημαντική για την επιστήμη; Η ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων αποτελούσε μια πρόβλεψη της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, μια υπόθεση η οποία έπειτα από αλλεπάλληλες επιβεβαιώσεις έγινε θεωρία και αποτέλεσε εξαιρετικό εργαλείο στα χέρια των επιστημόνων για τη μελέτη του Σύμπαντος.

Κομβικό σημείο για την κατανόηση των βαρυτικών κυμάτων είναι το θεωρητικό μοντέλο του χωροχρόνου, ο οποίος αποτελείται από τέσσερις διαστάσεις: τρεις διαστάσεις για τον χώρο και μία για τον χρόνο. Οι τέσσερις αυτές διαστάσεις δημιουργούν ένα πλέγμα μέσα στο οποίο μπορούν να περιγραφούν ικανοποιητικά τα κοσμικά φαινόμενα. Ο χωροχρόνος αυτός, σύμφωνα με τον Αϊνστάιν, καμπυλώνεται από την παρουσία της ύλης. Δηλαδή, εάν φανταστούμε το θεωρητικό αυτό μοντέλο ως ένα απλωμένο σεντόνι, η καμπύλωση του χωροχρόνου από την ύλη αντιστοιχεί στο βαθούλωμα του σεντονιού εάν αφήσουμε πάνω σε αυτό ένα μπαλάκι. Σύμφωνα με τις διατυπώσεις του πατέρα της Σχετικότητας, εάν η ύλη καμπυλώνει τον χωροχρόνο, τότε όταν αυτή επιταχύνεται θα πρέπει να προκαλεί κυματισμούς στον χωροχρόνο. Οι κυματισμοί αυτοί είναι τα βαρυτικά κύματα.

Τα κύματα αυτά απομακρύνονται από την πηγή η οποία τα προκάλεσε περίπου όπως απομακρύνονται οι κυματισμοί στη θάλασσα όταν διαταράσσουμε την επιφάνειά της με μια πέτρα. Με ποιον τρόπο όμως μπορεί η ύλη να επιταχυνθεί στο Σύμπαν; Ενας τρόπος είναι μέσω των διπλών συστημάτων, δύο αστρικών σωμάτων δηλαδή τα οποία στροβιλίζονται το ένα γύρω από το άλλο.

Καθώς στροβιλίζονται, τα σώματα αυτά αποκτούν ολοένα και μεγαλύτερη ταχύτητα. Παράλληλα, το σύστημα των διπλών αστρικών σωμάτων εκπέμπει βαρυτικά κύματα, τα οποία αφαιρούν συνεχώς ενέργεια από αυτό, κάτι που έχει ως αποτέλεσμα ο «χορός» μεταξύ των δύο σωμάτων να γίνεται ολοένα και πιο έντονος, μέχρις ότου τα σώματα «εξαντλημένα» να συγκρουστούν στο κέντρο μάζας του συστήματος και να συγχωνευθούν.

Αυτό είναι ένα σύστημα λοιπόν το οποίο προκαλεί την έκλυση βαρυτικών κυμάτων ισχύος ικανής να ανιχνευθεί από τον άνθρωπο. Το σύστημα αυτό μπορεί να είναι, παραδείγματος χάριν, δύο μαύρες τρύπες, μία μαύρη τρύπα και ένας αστέρας νετρονίων ή δύο αστέρες νετρονίων. Μέχρι το 2015 οι επιστήμονες, παρόλο που διέθεταν την κατάλληλη πειραματική διάταξη, δεν μπορούσαν να ανιχνεύσουν βαρυτικά κύματα. Αυτό συνέβαινε επειδή ήταν εξαιρετικά δύσκολο να θωρακίσουν τα λέιζερ του ανιχνευτή από παρεμβολές, όπως τα ελαστικά κύματα του εδάφους. Επειτα όμως από κατάλληλες προσαρμογές, οι επιστήμονες κατάφεραν αυτό που ακόμα και ο ίδιος ο Αϊνστάιν είχε αρχίσει να αμφισβητεί προς το τέλος της καριέρας του: ανίχνευσαν βαρυτικά κύματα, επιβεβαιώνοντας για ακόμα μία φορά τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας.

Αναζητώντας την πηγή

Τα βαρυτικά κύματα τα οποία ανιχνεύθηκαν από το παρατηρητήριο LIGO τον Απρίλιο του 2019 προέρχονται πιθανότατα από τη συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων, των απομειναριών δηλαδή μεγάλων αστέρων των οποίων η μάζα έχει καταρρεύσει στο εσωτερικό τους υπό την επίδραση της βαρύτητας. Εάν οι εικασίες των αστρονόμων επιβεβαιωθούν, θα πρόκειται για τη δεύτερη φορά που οι αστρονόμοι ανιχνεύουν βαρυτικά κύματα προερχόμενα από ένα σύστημα δύο αστέρων νετρονίων. «Τα κύματα προέρχονται από τη συγχώνευση δύο αντικειμένων με συνολική μάζα 3,4 φορές τη μάζα του Ηλίου» σημειώνει στο ΒΗΜΑScience η ερευνήτρια Κατερίνα Χατζηιωάννου, μέλος της κοινοπραξίας LIGO, η οποία συμμετείχε στη δημοσίευση.

«Αυτή η μάζα σημαίνει ότι κατά πάσα πιθανότητα τα αντικείμενα ήταν αστέρες νετρονίων. Για τους αστρονόμους αυτό είναι σημαντικό, γιατί έχουμε δει μόνο δύο τέτοια σήματα και μόνο οι συγχωνεύσεις αστέρων νετρονίων εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία την οποία μπορούμε να ανιχνεύσουμε με τηλεσκόπια. Τα υπόλοιπα βαρυτικά κύματα που έχουμε δει είναι από συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών, οι οποίες μάλλον δεν εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία».

Η πρώτη φορά που ανιχνεύθηκαν κύματα προερχόμενα από συγχώνευση αστέρων νετρονίων ήταν το 2017. Σε εκείνη την περίπτωση, οι αστρονόμοι ήταν σίγουροι ότι επρόκειτο για αστέρες νετρονίων, αφού όταν αυτοί συγκρούονται εκτός από βαρυτικά κύματα εκπέμπουν και ηλεκτρομαγνητικά. Οταν λοιπόν οι επιστήμονες αντιλήφθηκαν ότι το συμβολόμετρο του LIGO ανίχνευσε βαρυτικά κύματα, αμέσως ενεργοποίησαν ραδιοτηλεσκόπια, τα οποία πράγματι ανίχνευσαν κύματα προερχόμενα από την ίδια κατεύθυνση. Στην περίπτωση της πρόσφατης ανακάλυψης ωστόσο οι ερευνητές δεν κατάφεραν να ανιχνεύσουν ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Εικάζουν παρ’ όλα αυτά ότι πρόκειται για συγχώνευση αστέρων νετρονίων λόγω του μεγέθους τους.

«Το μόνο που γνωρίζουμε για τα κύματα τα οποία ανιχνεύθηκαν τον Απρίλιο είναι ότι τα σώματα τα οποία συγχωνεύθηκαν έχουν μάζες, το καθένα ξεχωριστά, γύρω στις μία-δύο φορές τη μάζα του Ηλίου» σημειώνει η ερευνήτρια, προσθέτοντας ότι «αυτή είναι περίπου και η μάζα την οποία έχουν όλοι οι αστέρες νετρονίων που έχουμε παρατηρήσει στον γαλαξία, ενώ οι μαύρες τρύπες έχουν μεγαλύτερη μάζα, πάνω από πέντε φορές τη μάζα του Ηλίου». Οπως ανέφερε σε δηλώσεις της στο Συνέδριο της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας, η συνολική μάζα των εν λόγω αντικειμένων είναι η μεγαλύτερη η οποία έχει παρατηρηθεί ποτέ σε ζεύγος αστέρων νετρονίων.

Για ποιον λόγο όμως, δεδομένου ότι οι μάζες παραπέμπουν σε αστέρες νετρονίων, οι αστροφυσικοί δεν κατάφεραν να ανιχνεύσουν λάμψεις λόγω της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας; Σύμφωνα με τους ερευνητές, ένας λόγος θα μπορούσε να είναι ότι η συγχώνευση των αστέρων νετρονίων προκάλεσε τη δημιουργία μιας μαύρης τρύπας πολύ μεγάλου μεγέθους, στην οποία παγιδεύθηκε γρήγορα κάθε πιθανή λάμψη. Ενα άλλο ενδεχόμενο είναι ότι η συγκεκριμένη ακτινοβολία απομακρύνθηκε από την πηγή της σε κατεύθυνση διαφορετική από αυτήν όπου βρίσκεται η Γη, και έτσι στάθηκε αδύνατος ο εντοπισμός της.

Μακρινοί γαλαξίες

Ενα άλλο μυστήριο είναι ότι, ενώ η συγχώνευση αυτή παρατηρήθηκε σε έναν γαλαξία ο οποίος απέχει 500 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, στον γαλαξία μας δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ ένα αντίστοιχο φαινόμενο. Αυτό οδηγεί τους ερευνητές να αναρωτηθούν για ποιον λόγο δεν έχουν παρατηρηθεί συγχωνεύσεις οι οποίες οδηγούν σε σχηματισμούς τόσο μεγάλης μάζας στον «Milky Way». «Το σύστημα το οποίο παρατηρήθηκε έχει μεγαλύτερη μάζα από όλα τα άλλα συστήματα αστέρων νετρονίων που έχουμε δει στον γαλαξία μας – στον Γαλαξία έχουμε δει περίπου 20 τέτοια συστήματα μέσω ραδιοκυμάτων» μας είπε η ελληνίδα ερευνήτρια, συμπληρώνοντας πως «η ανίχνευση του LIGO σημαίνει ότι τέτοια συστήματα αστέρων νετρονίων με μεγάλη συνολική μάζα δημιουργούνται στο Σύμπαν, αλλά για κάποιον λόγο δεν τα ανιχνεύουμε στον γαλαξία μας. Αυτή τη στιγμή δεν κατανοούμε πλήρως ούτε πώς ακριβώς δημιουργούνται αυτά τα «μεγάλα» συστήματα ούτε γιατί δεν τα έχουμε δει ποτέ στον γαλαξία μας».

Μια ερμηνεία η οποία προτάσσεται από μερίδα ερευνητών είναι ότι στην πραγματικότητα ο σχηματισμός ο οποίος παρατηρήθηκε προέκυψε από τη συγχώνευση αρχέγονων μαύρων τρυπών και όχι αστέρων νετρονίων. Αυτή η ερμηνεία ωστόσο σύμφωνα με την ερευνήτρια έχει λίγες πιθανότητες να επιβεβαιωθεί: «Είναι πιθανό, αλλά η πιθανότητα είναι γενικά μικρή. Δεν ξέρουμε αν υπάρχουν αρχέγονες μαύρες τρύπες, τι μάζες έχουν, και αν συγχωνεύονται». Οι αρχέγονες μαύρες τρύπες είχαν προταθεί από τον Στίβεν Χόκινγκ ως πιθανοί σχηματισμοί προερχόμενοι από τα εμβρυακά στάδια του Σύμπαντος και πολύ πυκνοί σε σκοτεινή ύλη, έναν υποθετικό τύπο ύλης ο οποίος ενδέχεται να αποτελεί μέρος της μάζας του Σύμπαντος.

Σύμφωνα με άρθρο της ιστοσελίδας Scientific American όπου φιλοξενούνται απόψεις επιστημόνων γύρω από αυτό το ενδεχόμενο, παρόλο που η ερμηνεία η οποία περιλαμβάνει τις αρχέγονες μαύρες τρύπες έχει το πλεονέκτημα ότι οι συγκεκριμένοι σχηματισμοί, ως μαύρες τρύπες, ενδέχεται να είναι πλούσια πηγή βαρυτικών κυμάτων, η πιθανότητα τα κύματα τα οποία ανιχνεύθηκαν να προέρχονται από αυτές είναι εξαιρετικά μικρή, αφού, εάν υπάρχουν, οι αρχέγονες μαύρες τρύπες θα είναι διεσπαρμένες στο αχανές Σύμπαν. Οποια και να είναι τελικά η εξήγηση, οι ερευνητές θα συνεχίσουν να μελετούν τα κοσμικά φαινόμενα έχοντας πλέον στα χέρια τους το πολύτιμο εργαλείο του ανιχνευτή βαρυτικών κυμάτων. «Συνεχίζουμε τις παρατηρήσεις. Πλέον γνωρίζουμε ότι τέτοια «μεγάλα» συστήματα υπάρχουν και μπορούμε να τα ανιχνεύσουμε με βαρυτικά κύματα. Οπότε συνεχίζοντας τις παρατηρήσεις ξέρουμε ότι θα ανιχνεύσουμε πολλά ακόμα τέτοια σήματα ώστε να κατανοήσουμε τις ιδιότητές τους» σημειώνει η ερευνήτρια Κατερίνα Χατζηιωάννου. Προς στιγμήν, για αυτόν τον σκοπό οι επιστήμονες διαθέτουν τα επιστημονικά όργανα τα οποία είναι εγκατεστημένα στο έδαφος, όμως σύντομα φιλοδοξούν να στείλουν ένα συμβολόμετρο στο Διάστημα, το οποίο θα μπορεί να ανιχνεύσει βαρυτικά κύματα προερχόμενα από πολλές κατευθύνσεις, ένα ερευνητικό έργο το οποίο ήδη βρίσκεται στα σκαριά.

Νέα εποχή με μεγάλες συνεργασίες παρατηρητηρίων

Η ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων τα οποία προέρχονται από τη συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων εγκαινίασε μια νέα εποχή για την εποχή της αστρονομίας, αφού για την ολοκληρωμένη μελέτη των κοσμικών φαινομένων καθίσταται πλέον απαραίτητος ο συντονισμός ανιχνευτών ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, κοσμικών ακτίνων, βαρυτικών κυμάτων και νετρίνων. Η ανάγκη αυτή φέρνει μεγάλες επιστημονικές συνεργασίες μεταξύ των διαφορετικών παρατηρητηρίων.

Η Ελληνίδα της ερευνητικής ομάδας

Η Κατερίνα Χατζηιωάννου είναι μέλος της επιστημονικής κοινοπραξίας LIGO, η οποία αναλύει τα δεδομένα. Για το βαρυτικό κύμα που ανιχνεύθηκε το 2017 ήταν μέλος της ομάδας η οποία εκτίμησε τις παραμέτρους του συστήματος και τις ιδιότητες των αστέρων νετρονίων – και συγκεκριμένα την καταστατική τους εξίσωση. Για το βαρυτικό κύμα το οποίο ανιχνεύθηκε τον περασμένο Απρίλιο είναι συμπροεδρεύουσα της ομάδας που αναλύει τις ιδιότητες των αστέρων νετρονίων.

Οι… κυνηγοί των βαρυτικών κυμάτων

Δεν είναι μόνο το αμερικανικό LIGO το οποίο διαθέτει πειραματικές δομές ικανές για την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων. Η Ευρώπη διαθέτει το VIRGO, το οποίο βρίσκεται στην Ιταλία, ενώ το KAGRA της Ιαπωνίας είναι ένα συμβολόμετρο με βραχίονες μήκους τριών χιλιομέτρων. Το 2020 αναμένεται να λειτουργήσει συμβολόμετρο παρόμοιο με αυτό του LIGO στην Ινδία.

Πώς λειτουργεί το συμβολόμετρο

Η ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων στηρίχθηκε σε μία πειραματική διάταξη, τα πρώτα σχέδια της οποίας είχαν προταθεί από τον Τζόζεφ Βέμπερ το 1965. Ο ίδιος πειραματίστηκε με μία διάταξη κυλίνδρων κατασκευασμένων από αλουμίνιο οι οποίοι, όπως ο ίδιος είχε περιγράψει, θα δονούνταν σε συγκεκριμένες συχνότητες εάν προσέκρουαν πάνω σε αυτούς βαρυτικά κύματα. Η διάταξη αυτή δεν λειτούργησε ποτέ, ωστόσο αποτέλεσε τη βάση για τις μελλοντικές πειραματικές διατάξεις. Εξαρχής, κύριο μέλημα των ερευνητών ήταν να μειώσουν τον «θόρυβο» από άλλες πηγές δονήσεων, έτσι ώστε το όργανο να μπορεί να ανιχνεύσει μόνο τα βαρυτικά κύματα. Η τελική διάταξη, με την οποία οι ερευνητές κατάφεραν να «παγιδεύσουν» τα βαρυτικά κύματα, αποτελείται από ένα λέιζερ, δύο κάτοπτρα και έναν ανιχνευτή. Το λέιζερ εκπέμπει ακτινοβολία προς μία κατεύθυνση. Ενας διαμοιραστής ανακατευθύνει την ακτίνα του λέιζερ σε δύο διαφορετικές κατευθύνσεις, έτσι ώστε να σχηματίζεται μεταξύ τους γωνία ενενήντα μοιρών. Αφού διανύσουν τέσσερα χιλιόμετρα η καθεμία, οι ακτίνες αυτές αντανακλώνται στα κάτοπτρα και επιστρέφουν στην πηγή τους, όπου βρίσκεται ο ανιχνευτής. (Αξίζει εδώ να σημειωθεί ότι ενώ το μήκος της διαδρομής των ακτίνων λέιζερ είναι 4 χιλιόμετρα, χάρη σε ένα τέχνασμα η κάθε ακτίνα λέιζερ κατά την επιστροφή πηγαινοέρχεται ανάμεσα σε δύο σημεία 280 φορές με αποτέλεσμα να διανύει μια διαδρομή σχεδόν 1.100 χιλιομέτρων.)

Ελλείψει βαρυτικού κύματος, οι ακτίνες του λέιζερ υπόκεινται στο φαινόμενο της καταστρεπτικής συμβολής, δηλαδή η μία «εξουδετερώνει» την άλλη, οπότε ο ανιχνευτής δεν καταγράφει κάποια δραστηριότητα. Οταν όμως ένα βαρυτικό κύμα πλησιάζει την πειραματική δομή, αυτό συμπιέζει τον χώρο για ένα απειροελάχιστο κλάσμα του δευτερολέπτου προκαλώντας ανεπαίσθητη μεταβολή στο μήκος των δύο βραχιόνων. Αυτή η ανεπαίσθητη για τον άνθρωπο αλλαγή γίνεται αντιληπτή από τον ανιχνευτή αφού η συμβολή των ακτίνων του λέιζερ σταματά να είναι καταστρεπτική λόγω της αλλαγής του μήκους των βραχιόνων και ως εκ τούτου καταγράφεται η διαφορά φάσης των δύο ακτίνων.

Στην φωτογραφια σχηματική αναπαράσταση του υπόγειου ιαπωνικού ανιχνευτή βαρυτικών κυμάτων KAGRA.

https://www.tovima.gr/2020/02/18/science/i-rytidatou-xoro-xronou/

Δημήτριος Ψάλτης: Η Πρώτη Φωτογραφία μιας Μαύρης Τρύπας.

Ομιλία για το ευρύ κοινό, υπό την αιγίδα της Πρυτανείας του ΑΠΘ, θα δώσει ο Καθηγητής του Πανεπιστημίου της Αριζόνα Δημήτριος Ψάλτης την Τρίτη 3 Μαρτίου 2020, στις 20.00, στην Αίθουσα Τελετών του ΑΠΘ.

Ο Καθηγητής Δημήτριος Ψάλτης είναι Επιστημονικός Συντονιστής (project scientist) της διεθνούς συνεργασίας Event Horizon Telescope, που πρόσφατα πέτυχε την αποτύπωση της πρώτης φωτογραφίας μιας μαύρης τρύπας (μελανής οπής), χρησιμοποιώντας ένα παγκόσμιο δίκτυο ραδιοτηλεσκοπίων. Γι’ αυτή την ιστορική επιτυχία, οι ερευνητές που συμμετείχαν στη συνεργασία μοιράστηκαν το κορυφαίο βραβείο Breakthrough Prize 2020.

Το θέμα της ομιλίας είναι «Η Πρώτη Φωτογραφία μιας Μαύρης Τρύπας» και συνδιοργανώνεται από το Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, τον Τομέα Αστροφυσικής, Αστρονομίας και Μηχανικής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ και την Ελληνική Εταιρεία Σχετικότητας, Βαρύτητας και Κοσμολογίας.

Στην ομιλία του ο κ. Ψάλτης θα παρουσιάσει τις τεχνολογικές εξελίξεις που έπρεπε να επέλθουν ώστε να γίνει εφικτή η αποτύπωση της πρώτης φωτογραφίας μιας μαύρης τρύπας και θα μιλήσει για τους επιστημονικούς ορίζοντες που ανοίγονται με αυτό το αποτέλεσμα. Θα αναφερθεί, επίσης, στις προοπτικές που υπάρχουν για τη σύνθεση μιας δεύτερης φωτογραφίας: αυτής της μαύρης τρύπας που υπάρχει στο κέντρο του δικού μας Γαλαξία!

Χαιρετισμό στην εκδήλωση θα απευθύνουν ο Πρύτανης του ΑΠΘ, Καθηγητής Νικόλαος Γ. Παπαϊωάννου, ο Διευθυντής του Τομέα Αστροφυσικής, Αστρονομίας και Μηχανικής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ, Αναπληρωτής Καθηγητής Κλεομένης Τσιγάνης και ο Ομότιμος Καθηγητής του ΑΠΘ Ιωάννης Σειραδάκης.

Η είσοδος είναι ελεύθερη για το κοινό.

Σύντομο Βιογραφικό του ομιλητή

Ο Δημήτριος Ψάλτης γεννήθηκε το 1970 στις Σέρρες. Έλαβε πτυχίο Φυσικής από το ΑΠΘ το 1992, μεταπτυχιακό δίπλωμα το 1994 από το Πανεπιστήμιο του Ιλινόι και διδακτορικό δίπλωμα το 1997 από το ίδιο Πανεπιστήμιο. Εργάστηκε ως ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο Μασαχουσέτης (MIT) και στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον. Είναι Καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα και επικεφαλής πολυπληθούς ερευνητικής ομάδας με αντικείμενο τη σχετικιστική αστροφυσική.

Στη διεθνή συνεργασία Event Horizon Telescope ο κ. Ψάλτης είναι επιστημονικός συντονιστής (project scientist), ενώ η ερευνητική του ομάδα ήταν υπεύθυνη για τον συντονισμό των δεδομένων σε δύο από τα οκτώ τηλεσκόπια του προγράμματος, το Submillimeter Telescope (SMT) στο όρος Γκράχαμ της Αριζόνα – το μόνο επί βορειοαμερικανικού εδάφους – και το Τηλεσκόπιο του Νοτίου Πόλου (SPT) στην Ανταρκτική. Από τα δεδομένα που συλλέχθηκαν με τα οκτώ ραδιοτηλεσκόπια και με τη χρήση υπερ-υπολογιστών, έγινε εφικτή η σύνθεση της πρώτης φωτογραφίας μιας μαύρης τρύπας. Η ιστορική ανακοίνωση έγινε σε παγκόσμια Συνέντευξη Τύπου στις 10 Απριλίου 2019.

Ο κ. Ψάλτης έχει τιμηθεί, μεταξύ άλλων, με το Επιστημονικό Βραβείο του Ιδρύματος Μποδοσάκη (2005), με το Rossi Prize της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας (2020), ως μέλος του Event Horizon Telescope, και με το κορυφαίο βραβείο Breakthrough Prize 2020.

https://physicsgg.me/2020/02/26/%ce%b4%ce%b7%ce%bc%ce%ae%cf%84%cf%81%ce%b9%ce%bf%cf%82-%cf%88%ce%ac%ce%bb%cf%84%ce%b7%cf%82-%ce%b7-%cf%80%cf%81%cf%8e%cf%84%ce%b7-%cf%86%cf%89%cf%84%ce%bf%ce%b3%cf%81%ce%b1%cf%86%ce%af%ce%b1-%ce%bc/

Ραδιοσήματα από συγκρούσεις βαρυτονίων;

Αν η βαρύτητα και η κβαντική μηχανική είναι δυνατόν να ενοποιηθούν, τότε τα βαρυτικά κύματα – τα οποία συνήθως μελετώνται ως ένα κλασικό φαινόμενο χρησιμοποιώντας την γενική θεωρία της σχετικότητας – πρέπει να αντιστοιχούν και σε σωματίδια τα οποία ονομάζονται βαρυτόνια (ή γκραβιτόνια).

Στη φύση υπάρχουν τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις και σε κάθε μία από αυτές αντιστοιχεί ένα στοιχειώδες σωματίδιο που αποτελεί τον φορέα της δύναμης. Έτσι, οι φορείς της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης είναι τα φωτόνια, της ασθενούς τα μποζόνια W± και Ζ0 και της ισχυρής τα γλοιόνια.

Ενώ όλα τα παραπάνω σωματίδια έχουν ανιχνευθεί, ο φορέας της βαρυτικής αλληλεπίδρασης, το βαρυτόνιο όχι μόνο δεν έχει ανιχνευθεί, αλλά δεδομένου ότι η βαρύτητα είναι πάρα πολύ ασθενής διατυπώνονται ισχυρά επιχειρήματα από πολλούς φυσικούς ότι η πειραματική τους ανίχνευση είναι αδύνατη (υπενθυμίζεται ότι υπάρχουν κβαντικές θεωρίες της βαρύτητας που δεν χρειάζονται την ύπαρξη βαρυτονίων).

Ο Freeman Dyson είχε διατυπώσει την άποψη ότι, αν δεν υπάρχει κανένας τρόπος ανίχνευσης ενός βαρυτονίου, τότε τίθεται σε αμφισβήτηση η έννοιά του ως φυσική οντότητα.

Θεωρητικά τα βαρυτόνια μπορούν να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους παράγοντας φωτόνια, όμως αυτές οι αλληλεπιδράσεις θεωρούνται εξαιρετικά σπάνιες και ως εκ τούτου πολύ δύσκολο να ανιχνευθούν. Σε μια θεωρητική εργασία ο Raymond Sawyer από το Πανεπιστήμιο της Σάντα Μπάρμπαρα στην Καλιφόρνια, βρήκε κάποιες περιπτώσεις στις οποίες θα μπορούσαν να παραχθούν αρκετά φωτόνια στις συχνότητες των ραδιοκυμάτων ικανά να δημιουργήσουν ένα ανιχνεύσιμο σήμα.

Χρησιμοποίησε ένα απλοποιημένο μοντέλο στο οποίο αλληλεπιδρούν δυο βαρυτικά κύματα – σαν αυτά που προκύπτουν κατά την διάρκεια της συγχώνευσης μαύρων τρυπών. Το μοντέλο περιγράφει κάθε βαρυτικό κύμα σαν μια δέσμη βαρυτονίων και υπολογίζει την πιθανότητα μετατροπής τους σε φωτόνια. Σύμφωνα με τον Sawyer η ανίχνευση των φωτονίων που παράγονται από συγκρούσεις των βαρυτονίων θα μπορούσε να γίνει από ένα ραδιοτηλεσκόπιο στο διάστημα.

διαβάστε περισσότερα εδώ: https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.124.101301

https://physicsgg.me/2020/03/13/%cf%81%ce%b1%ce%b4%ce%b9%ce%bf%cf%83%ce%ae%ce%bc%ce%b1%cf%84%ce%b1-%ce%b1%cf%80%cf%8c-%cf%83%cf%85%ce%b3%ce%ba%cf%81%ce%bf%cf%8d%cf%83%ce%b5%ce%b9%cf%82-%ce%b2%ce%b1%cf%81%cf%85%cf%84%ce%bf%ce%bd/