Τετάρτη, 29 Ιουλίου 2015

Η «λευκή ατμόσφαιρα» της Δήμητρας. Strange Bright Spots on Ceres Create Mini-Atmosphere on Dwarf Planet

Κοντινή λήψη των λαμπερών κηλίδων στον κρατήρα της Δήμητρας. The brightest spots on Ceres. The largest is about four miles (seven kilometers) across. While a picture is worth a thousand words, “wow” might summarize this picture pretty well. The famous bright spots at the bottom of Ceres' Occator crater appear to be sublimating material into space, creating a localized atmosphere within the walls of the 57-mile-wide (92 kilometers) hole in the ground, new observations by NASA's Dawn spacecraft suggest. Image credit: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA.

Από τον περασμένο Μάρτιο το διαστημικό σκάφος Dawn βρίσκεται στη Δήμητρα, έναν πλανήτη νάνο του ηλιακού μας συστήματος, και την εξερευνά. Όταν πλησίασε το «Dawn» στη Δήμητρα εντόπισε δύο ασυνήθιστα λαμπερές κηλίδες μέσα στη λεκάνη ενός κρατήρα, διαμέτρου 98 χλμ.

There is bright material easily visible inside and around the crater near the upper right. Did the powerful impact that excavated the crater deposit bright material that it brought from elsewhere in space, excavate bright material from underground or create the conditions that subsequently caused some material to become bright? The reason for the greater reflectivity is not yet known. Image credit: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA.

Η φύση τους παραμένει αδιευκρίνιστη, ωστόσο οι ερευνητές εικάζουν ότι πρόκειται για πάγο ή άλατα που ήρθαν στην επιφάνεια λόγω κάποιας πρόσκρουσης. Άλλοι επιστήμονες εικάζουν ότι πιθανώς πρόκειται για ένα ηφαίστειο που αντί για πυρακτωμένα υλικά εκτοξεύει νερό.

The investigation into the dwarf planet Ceres' mysterious bright spots has taken an intriguing new twist. The famous bright spots at the bottom of Ceres' Occator crater appear to be sublimating material into space, creating a localized atmosphere within the walls of the 57-mile-wide (92 kilometers) hole in the ground, new observations by NASA's Dawn spacecraft suggest. "If you look at a glancing angle, you can see what seems to be haze, and it comes back in a regular pattern," Dawn principal investigator Christopher Russell, of UCLA, said during a presentation.

Ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας μελετώντας τα δεδομένα που στέλνει το Dawn κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι στον κρατήρα που ονομάστηκε Occator δημιουργείται πολύ συχνά μια ομίχλη. Πρόκειται για ένα τοπικό ατμοσφαιρικό φαινόμενο στον πλανήτη.

Dawn has also spotted numerous long, linear features whose cause is unknown, as well as one big mountain that mission team members have dubbed "The Pyramid." This massif, which is about 3 miles (5 km) tall and 19 miles (30 km) wide, features a flat top and strangely streaked flanks, Russell said. Credit: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA.

Αν ο ισχυρισμός των ερευνητών επιβεβαιωθεί, ταυτόχρονα λύνεται και το μυστήριο της ταυτότητας των λαμπερών κηλίδων, αφού η ύπαρξη τέτοιας ατμοσφαιρικής δραστηριότητας μπορεί να συνδέεται με την παρουσία πάγου και όχι αλάτων.

Η δημοκρατία γεννήθηκε πριν από δύο εκατομμύρια χρόνια! Did stone weapons drive the birth of democracy millions of years ago?

Όπως φαίνεται, οι ρίζες της δημοκρατίας δεν βρίσκονται στην αρχαία Αθήνα αλλά σε πολύ προγενέστερους χρόνους και τόπους. Ancient Greece is widely thought of as being the birthplace of democracy, but recent research suggests the political system may have begun evolving as long ago as two million years in early human ancestors. The painting above by Cesare Maccari depicts Cicero denouncing Catiline in the Roman Senate.

Διεθνής ομάδα επιστημόνων ρίχνει στο τραπέζι μια νέα, ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα, θεωρία για τις σχέσεις των ανθρώπων και ειδικότερα για τη γέννηση της δημοκρατίας. Σύμφωνα με αυτή τη νέα θεωρία, τα πρώτα σημάδια της δημοκρατίας παρουσιάστηκαν στις κοινότητες των Homo erectus οι οποίοι έκαναν την εμφάνισή τους στην Αφρική πριν από περίπου δύο εκατ. έτη, επεκτάθηκαν σε πολλές περιοχές του πλανήτη και εξαφανίστηκαν πριν από περίπου 700 χιλιάδες έτη.

Η δημιουργία των πρώτων όπλων υποχρέωσε τις κοινότητες του Homo erectus να έρχονται σε συνεννόηση και όχι σε συγκρούσεις. Homo erectus are thought to have been sophisticated hunters who used weapons to bring down large prey. These same weapons could have also led to the development of a political system that many think of as being a uniquely modern and western innovation - democracy. Pictured above is a Homo erectus skull from Kenya.

Η καινούργια θεωρία υποστηρίζει ότι οι κοινότητες των Homo erectus υπάκουαν στον νόμο του πιο δυναμικού, του πιο ισχυρού μέλους της κοινότητας ως τη στιγμή που εμφανίστηκαν τα πρώτα εργαλεία για κυνήγι ή για άλλες δραστηριότητες τα οποία μπορούσαν να λειτουργήσουν και ως όπλα.

The invention of weapons changed the balance of power in early human social groups to make them more egalitarian. Anthropologists argue in a new scientific paper that this led to the birth of democracy more than a million years ago. These 500,000 stone spear tips, found in South Africa earlier this year, are the oldest stone weapons yet to be discovered but it is thought humans began hunting with weapons up to 2 million years ago.

Οι ερευνητές του Ινστιτούτου Σάντα Φε στο Νέο Μεξικό εκτιμούν ότι έχοντας στα χέρια τους αυτά τα εργαλεία-όπλα τα πιο αδύναμα μέλη των κοινοτήτων υποχρέωναν τα πιο ισχυρά να γίνουν πιο διαλλακτικά, να κάνουν διαβούλευση μέσα στις κοινότητες και να μην επιβάλλουν τη θέλησή τους αλλά να προσπαθούν να πείσουν τα υπόλοιπα μέλη να ακολουθούν την ηγεσία.

Αυτό, σύμφωνα με όσα αναφέρονται στην επιθεώρηση «Current Anthropology», ήταν ουσιαστικά η πρώτη εκδήλωση δημοκρατικών διαδικασιών στις ανθρώπινες κοινότητες, γεγονός που όπως υποστηρίζουν οι επιστήμονες, έπαιξε καθοριστικό ρόλο στη μετέπειτα εξέλιξη του ανθρώπινου είδους.

Τα αρχαιότερα εργαλεία

The stone pictured above is thought to be the oldest stone tool ever discovered dating to around 3.3 million years ago - long before the evolution of the Homo genus to which modern humans belong. As tool use became more common this changed the political systems that held early human groups together, scientists say.

Μπορεί η νέα θεωρία για την εμφάνιση των δημοκρατικών διαδικασιών να θέτει ως προϋπόθεση ότι τα πρώτα εργαλεία έκαναν την εμφάνισή τους πριν από 1-2 εκατ. έτη αλλά αμερικανική ερευνητική ομάδα υποστηρίζει ότι η χρήση εργαλείων ίσως είναι αρχαιότερη από το ανθρώπινο γένος Homo και δεν αποκλείεται να ξεκίνησε από τους αυστραλοπιθήκους. Οι ερευνητές κατέληξαν σε αυτό το συμπέρασμα μετά την ανακάλυψη κατεργασμένων λίθων στην Κένυα που χρονολογήθηκαν στα 3,3 εκατομμύρια χρόνια.

These stone spear tips were found at a site in South Africa and are thought to be 500,000 years old. Researchers have suggested they may have been used by Homo heidelbergensis or Homo erectus.

Τα λίθινα εργαλεία, τα οποία βρέθηκαν σχεδόν κατά τύχη στην περιοχή της λίμνης Τουρκάνα της Κένυας, γνωστής από προηγούμενες ανακαλύψεις, πρέπει να είναι 700.000 χρόνια παλαιότερα από τον προηγούμενο κάτοχο του ρεκόρ, ανέφερε η ερευνητική ομάδα σε συνέδριο της Εταιρείας Παλαιοανθρωπολογίας που έλαβε χώρα τον περασμένο Απρίλιο στο Σαν Φρανσίσκο. Ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τη δρα Σόνια Χάρμαντ του Πανεπιστημίου Stony Brooks της Νέας Υόρκης επισκέφθηκε τη λίμνη Τουρκάνα αναζητώντας στοιχεία για έναν πιθανό πρόγονο του ανθρώπου με την ονομασία Kenyanthropus platyops. Η Χάρμαντ εντόπισε αυτό που η ίδια ονομάζει «αδιαμφισβήτητα» λίθινα εργαλεία στην επιφάνεια του εδάφους και σε μικρό βάθος. Εκτός από τα ίδια τα εργαλεία οι ερευνητές συνέλεξαν τις πέτρες από τις οποίες είχαν αποκοπεί φολίδες για να χρησιμοποιηθούν ως εργαλεία. Βρήκαν ακόμη λίθινα «αμόνια» πάνω στα οποία τοποθετούνταν άλλες πέτρες για κατεργασία.

Stone-tool culture associated with Homo dates back around 2.6 million years. Homo habilis - known as 'the handy man' - in Ethiopia used techniques known as Oldowan and a traditional Oldowan 'chopper' is pictured.

Η χρονολόγηση λίθινων ευρημάτων που βρέθηκαν στην επιφάνεια είναι αδύνατη. Οι ερευνητές μπόρεσαν ωστόσο να χρονολογήσουν τα ιζήματα μέσα στα οποία βρέθηκαν θαμμένα άλλα εργαλεία. Εφαρμόζοντας τις λεγόμενες παλαιομαγνητικές τεχνικές, οι οποίες παρακολουθούν τις περιοδικές αντιστροφές του μαγνητικού πεδίου της Γης, κατέληξαν στην εκτίμηση των 3,3 εκατ. ετών. Πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι τα πρώτα μέλη του γένους Homo (όπως ο Ηomo habilis, ο Ηοmo ergaster και ο Homo erectus) εμφανίστηκαν πριν από περίπου 2,8 εκατομμύρια χρόνια, πολύ μετά την κατασκευή αυτών των εργαλείων.

Αυτό οδηγεί στην υπόθεση ότι πρόκειται για εργαλεία αυστραλοπιθήκων, όπως η περίφημη «Λούσι» που έζησε πριν από περίπου 3,2 εκατ. χρόνια, ή για εργαλεία του αμφιλεγόμενου Kenyanthropus.

H ανακάλυψη, εφόσον επιβεβαιωθεί, δείχνει να συμπληρώνει τις αναφορές για ίχνη εσκεμμένης κοπής σε οστά ζώων που χρονολογήθηκαν στα 3,4 εκατ. χρόνια. Δεδομένου ότι εργαλεία δεν είχαν ανακαλυφθεί σε προηγούμενες ανασκαφές στην ίδια περιοχή, ο ισχυρισμός είχε προκαλέσει αντιδράσεις. Η επιβεβαίωση της υπόθεσης ότι τα λίθινα εργαλεία εμφανίστηκαν πριν από την εμφάνιση του γένους Homo θα έδειχνε ότι η τεχνολογία της δημιουργίας τους πιθανότατα έπαιξε καθοριστικό ρόλο στην ανθρώπινη εξέλιξη.

Νέα θεωρία για τη φύση της σκοτεινής ύλης. New theory says dark matter acts like well-known particle

Conventional theories predict that dark matter particles would not collide, rather they would slip past one another. Hochberg et al. predicts dark matter SIMPs would collide and interact with one another. Credit: Kavli IPMU

Μια παραλλαγή ενός σωματιδίου γνώριμου στους επιστήμονες εδώ και δεκαετίες είναι το «συστατικό» της σκοτεινής ύλης, σύμφωνα με Αμερικανούς φυσικούς από το πανεπιστήμιο του Μπέρκλεϊ και το Κορνέλ στη Νέα Υόρκη. Οι επιστήμονες περιγράφουν τη θεωρία τους σε άρθρο στο περιοδικό Physical Review Letters, εξηγώντας πώς η συμπεριφορά του «σκοτεινού πιονίου», όπως έχουν ονομάσει το σωμάτιο, θα μπορούσε να εξηγήσει συμπαντικά φαινόμενα, όπως την πυκνότητα ορισμένων γαλαξιών-νάνων.

Astronomers know more about what dark matter is not than what it actually is. See what scientists know about dark matter in this SPACE.com infographic. Credit: Karl Tate, SPACE.com Infographics Artist

Σύμφωνα με τους κοσμολόγους, η σκοτεινή ύλη αντιστοιχεί στο 85% της συνολικής ύλης του σύμπαντος, ενώ η φύση της παραμένει ακόμη άγνωστη αφού ούτε απορροφά  ούτε εκπέμπει φως, με συνέπεια να μην μπορεί να παρατηρηθεί άμεσα. Η ύπαρξή της, όπως το ποσοστό με το οποίο «συμμετέχει» στη σύσταση του σύμπαντος, προκύπτει από τη βαρυτική της επίδραση σε κοσμικές δομές όπως οι γαλαξίες.

Με βάση την καινούρια θεωρία, η σκοτεινή ύλη αποτελείται από μία άγνωστη έως σήμερα παραλλαγή των πιονίων, μιας κατηγορίας υποατομικών σωματιδίων που συντίθενται από κουάρκ και αντικουάρκ και τα οποία έχουν ανακαλυφθεί από τη δεκαετία του 1930. Σε αντίθεση με άλλες θεωρίες για τη φύση της σκοτεινής ύλης, οι Αμερικανοί φυσικοί υποστηρίζουν πως αυτά τα «σκοτεινά πιόνια» αλληλεπιδρούν ισχυρά μεταξύ τους, ώστε όταν έρχονται σε επαφή να αλληλοεξουδετερώνονται εν μέρει και έτσι να παράγεται συμβατική ύλη.

Για να συμβεί αυτό, θα πρέπει να συγκρουσθούν τρία «σκοτεινά πιόνια». Τότε, ένα ποσοστό από τα κουάρκ τους αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και μετατρέπονται σε συμβατική ύλη, ενώ η υπόλοιπη σκοτεινή ύλη παραμένει ανεπηρέαστη. Ο συγκεκριμένος μηχανισμός, σύμφωνα με τους Αμερικανούς φυσικούς, είναι η αιτία που οι αναλογίες σκοτεινής και συμβατικής ύλης στο σύμπαν είναι αυτές που παρατηρούνται σήμερα.

Οι επιστήμονες υποστηρίζουν επίσης πως, στο «νεαρό» σύμπαν, η σύγκρουση των «σκοτεινών πιονίων» μείωσε την ποσότητα της σκοτεινής ύλης. Καθώς όμως το σύμπαν διαστελλόταν, ο αριθμός των συγκρούσεων περιοριζόταν ολοένα περισσότερο, φθάνοντας στη σημερινή κατάσταση, όπου η αραιή χωρική κατανομή των σωματιδίων έχει ελαττώσει δραστικά τη συχνότητα εμφάνισης του μηχανισμού.

Ο συγκεκριμένος τρόπος αλληλεπίδρασης παραπέμπει στο αποτέλεσμα της σύγκρουσης τριών θετικά φορτισμένων πιονίων, δηλαδή σε ένα φαινόμενο που διαπιστωμένα συμβαίνει στη φύση. Ωστόσο, για να ισχύει η θεωρία, τα «σκοτεινά πιόνια» θα πρέπει να μην αποτελούνται από συμβατικά κουάρκ, όπως τα συμβατικά πιόνια, αφού σε αυτή την περίπτωση δεν θα μπορούσαν να εξηγήσουν τις ιδιότητες της σκοτεινής ύλης.

Αντίθετα, προσθέτουν οι Αμερικανοί φυσικοί, τα «σκοτεινά πιόνια» αποτελούνται από κουάρκ σκοτεινής ύλης, δηλαδή στοιχειώδη σωμάτια τα οποία δεν είναι ίδια με τα συμβατικά κουάρκ. Επίσης, κρατούνται ενωμένα από γλουόνια σκοτεινής ύλης που, σε αντίθεση με τα συμβατικά γλουόνια, έχουν μάζα.

Dark matter is an invisible material that emits or absorbs no light but betrays its presence by interacting gravitationally with visible matter. This image from Dark Universe shows the distribution of dark matter in the universe, as simulated with a novel, high-resolution algorithm at the Kavli Institute of Particle Astrophysics & Cosmology at Stanford University and SLAC National Accelerator Laboratory. Credit: © AMNH

Αν και η υπόθεση της επιστημονικής ομάδας ανοίγει τον δρόμο για έναν καινούριο «κόσμο» στοιχειωδών σωματιδίων, οι ίδιοι υποστηρίζουν πως αυτή καταφέρνει να εξηγήσει πιο αποτελεσματικά την πυκνότητα ορισμένων γαλαξιών-νάνων. Κι αυτό γιατί οι υπολογιστικές προσομοιώσεις που «επιστρατεύουν» εναλλακτικές θεωρίες για τη σύσταση της σκοτεινής ύλης, καταλήγουν στην αναπαράσταση των κοσμικών δομών με πολύ μεγαλύτερη πυκνότητα στο κέντρο τους, από αυτήν που προκύπτει από τις αστρονομικές παρατηρήσεις.

Physicist Jeremy Mock inspects the Large Underground Xenon experiment detector, cylinder at center, that has now been lowered into its 70,000-gallon home in a water tank a mile beneath the earths surface in a shuttered gold mine in Lead, S.D. (AP PHOTO/COURTESY SANFORD LAB, MATT KAPUST)

Καθώς όμως αυτό το στοιχείο αποτελεί απλώς ένδειξη για την ισχύ της θεωρίας, και όχι απόδειξη, η ερευνητική ομάδα εκτιμά πως πιο αδιάσειστα στοιχεία μπορεί να προκύψουν κατά τη δεύτερη φάση λειτουργίας του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN στη Γενεύη. Κάτι ανάλογο μπορεί να συμβεί με το πείραμα LUX (Large Underground Xenon), το οποίο λαμβάνει χώρα σε ένα ορυχείο 1.500 μέτρα κάτω από την επιφάνεια του εδάφους στη Νότια Ντακότα των ΗΠΑ και βρίσκεται σε διαδικασία αναβάθμισης, για την αύξηση της ευαισθησίας του.

Παράλληλα, οι επιστήμονες μελετούν τους πιθανούς τρόπους με τους οποίους τα «σκοτεινά πιόνια» αλληλεπιδρούν με τη συμβατική ύλη. Έτσι, αισιοδοξούν πως θα καταλήξουν στα είδη των παρατηρήσεων που θα μπορούσαν να επιβεβαιώσουν τη θεωρία τους.

Πηγή: Yonit Hochberg, Eric Kuflik, Hitoshi Murayama, Tomer Volansky, Jay G. Wacker. Model for Thermal Relic Dark Matter of Strongly Interacting Massive ParticlesPhysical Review Letters, 2015; 115 (2) DOI:10.1103/PhysRevLett.115.021301