Tο μυστήριο της σκοτεινής ύλης. Dark Matter Mystery

Illustration of Dark Matter in Space via Shutterstock.

Και μόνο η ονομασία της – σκοτεινή ύλη – υποδηλώνει την άγνοιά μας για τη φύση της. Το βίντεο που ακολουθεί, από το Ινστιτούτο Φυσικής του Πανεπιστημίου του Όσλο, μας εξηγεί γιατί πρέπει να υπάρχει η σκοτεινή ύλη και με ποιο τρόπο θα μπορούσαμε να την ανιχνεύσουμε πειραματικά:

How do we know that dark matter exists? And how can we find it in experiments?

Ταπεινός μύκητας είναι ο αρχαιότερος γνωστός άποικος της ξηράς. Scientist Finds Fossil of Oldest Known Fungus

Η ζωή εκτιμάται ότι εμφανίστηκε στους ωκεανούς πριν από τουλάχιστον 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια. According to Dr. Martin Smith, a paleontologist at Durham University, UK, a fossil dating from the Silurian period of the Palaeozoic era, about 440 million years ago, is not only the oldest example of a fossilized fungus, but is also the oldest fossil of any terrestrial organism yet found. Fossiliferous mudstone containing Tortotubus protuberans. Image credit: Martin R. Smith.

Υπήρξε κάποτε μια εποχή που η ξηρά της Γης ήταν μια στείρα έκταση από βράχια, μια έρημος που έμεινε ακατοίκητη για δισεκατομμύρια χρόνια. Όλα άλλαξαν με πρωτοπόρους όπως ο Tortotubus, ένας μύκητας που αναγνωρίστηκε ως το αρχαιότερο γνωστό χερσαίο είδος. Τα πολύτιμα απολιθώματα είναι μικροσκοπικές ραβδοειδείς δομές, πιο κοντές από το πάχος μιας ανθρώπινης τρίχας, και χρονολογούνται στα 440 εκατομμύρια χρόνια.

Η ζωή εκτιμάται ότι εμφανίστηκε στους ωκεανούς πριν από τουλάχιστον 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια, στη μορφή μικροβίων όπως τα βακτήρια. Αν και είναι δύσκολο να εξακριβωθεί πότε ακριβώς τα θαλάσσια είδη άρχισαν να επεκτείνονται στην ξηρά, η επικρατέστερη άποψη είναι ότι μετάβαση άρχισε τον Παλαιοζωικό αιώνα, πριν από 500 έως 450 εκατομμύρια χρόνια.

Ο Tortotubus είναι μεν ο αρχαιότερος μύκητας, δεν μπορεί όμως να ήταν ο πρώτος οργανισμός στην ξηρά: οι μύκητες δεν μπορούν να παράγουν μόνοι τους την τροφή τους όπως τα φυτά, και χρειάζονται οργανική ύλη από νεκρούς οργανισμούς. Με τι τρεφόταν τότε αυτός ο αρχαίος κάτοικος της χέρσου; Σίγουρα υπήρχαν τότε στην ξηρά μικρόβια και πρωτόγονα φυτά, τα οποία όμως δεν απολιθώνονται και ίσως μείνουν άγνωστα για πάντα.

«Την περίοδο που έζησε ο Tortotubus, η ζωή περιοριζόταν σχεδόν αποκλειστικά στους ωκεανούς. Τίποτα πιο περίπλοκο από φυτά που έμοιαζαν με βρύα και λειχήνες δεν είχε εξελιχθεί στην ξηρά» λέει ο Μάρτιν Σμιθ του Πανεπιστημίου του Ντέραμ στη Βρετανία, συγγραφέας της νέας μελέτης στην επιθεώρηση «Botanical Journal of the Linnean Society».

Ο ρόλος τους

Τα απολιθώματα μοιάζουν με τις χαρακτηριστικές «υφές» των μυκήτων. Selection of filaments of Tortotubus protuberans from Gotland, Sweden, showing stages in development of filamentous envelope. Image credit: Martin R. Smith.

Οι μύκητες έπαιξαν καθοριστικό ρόλο στη δημιουργία των χερσαίων οικοσυστημάτων. Μέχρι σήμερα, παραμένουν ο κυριότερος παράγοντας αποσύνθεσης της νεκρής οργανικής ύλης και ανακύκλωσης των θρεπτικών συστατικών -χωρίς τις ταπεινές μούχλες, η ζωή όπως την γνωρίζουμε θα ήταν αδύνατο να υπάρξει.

Για την ακρίβεια, οι μύκητες και σε μικρότερο βαθμό τα βακτήρια δημιούργησαν από το μηδέν το χώμα στο οποίο αναπτύσσονται σήμερα δάση και λιβάδια -όλο αυτό το οργανικό υλικό είναι προϊόν αποσύνθεσης νεκρών ζώων, φυτών και μικροβίων. Όπως λέει ο Δρ Σμιθ, «πριν εμφανιστούν τα αγγειόσπερμα φυτά και τα δέντρα, ή τα ζώα που εξαρτώνται αυτά τα φυτά, ήταν απαραίτητο να αρχίσουν οι διαδικασίες της αποσύνθεσης και του σχηματισμού των εδαφών».

Σε αντίθεση με τα πρώτα χερσαία φυτά, τα οποία κατάγονταν από φύκη και δεν είχαν ρίζες που διαπερνούν το υπόστρωμα όπου αναπτύσσονται, οι μύκητες έπαιξαν σημαντικό ρόλο στη σταθεροποίηση των ιζημάτων και το σχηματισμό εδαφών. Και αυτό χάρη στις μακριές ίνες, γνωστές ως υφές, τις οποίες απλώνουν οι μύκητες στο περιβάλλον τους αναζητώντας θρεπτικά συστατικά.

Με αυτές ακριβώς τις ίνες μοιάζουν τα απολιθώματα του Tortotubus. Είχαν ανακαλυφθεί στη Σουηδία και τη Σκοτία τη δεκαετία του 1980, μέχρι σήμερα όμως κανείς δεν είχε καταλάβει ότι όλα ήταν απολιθώματα του ίδιου οργανισμού.

Δομές που απορροφούν θρεπτικά συστατικά από το περιβάλλον διακρίνονται στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Tortotubus is the oldest fossilised land organism ever found. Photo: © National News and Pictures

Μελετώντας τα απολιθώματα στο μικροσκόπιο, ο Δρ Σμιθ, ο οποίος πραγματοποίησε τη μελέτη στο Πανεπιστήμιο του Κέμπριτζ πριν μετακομίσει στο Ντέραμ, κατάλαβε ότι επρόκειτο για διαφορετικά στάδια ανάπτυξης του ίδιου οργανισμού. Καθοριστικό ρόλο έπαιξε η ανακάλυψη δομών που υπάρχουν πάνω στις υφές των μυκήτων και επιτρέπουν την απορρόφηση θρεπτικών συστατικών. Επιπλέον, όμως, ο Tortotubus παρουσιάζει χαρακτηριστικά που παραπέμπει στην ομάδα των μυκήτων που παράγουν μανιτάρια.  Δεν αποκλείεται, επομένως, ότι τα μανιτάρια είχαν αρχίσει να ξεφυτρώνουν στη στεριά πολύ πριν καταφθάσουν τα πρώτα ζώα.

Μυστηριώδη κοσμικά «σήματα» προκαλούν συναγερμό. Repeating fast radio bursts found coming from outside our galaxy

Οι επιστήμονες αναζητούν εναγωνίως την πηγή των παράξενων κοσμικών «σημάτων» που έφτασαν στη Γη. This artist's rendition shows a millisecond pulse of radio waves, a "fast radio burst" from an unknown astrophysical source, streaming into the giant Arecibo telescope out of a starry sky. Using Arecibo, researchers have for the first time witnessed a fast radio burst repeat, coming one step closer to solving the mystery of the bursts' cosmic origins. Credit: Danielle Futselaar

Οι αστρονόμοι για πρώτη φορά εντόπισαν «γρήγορες εκλάμψεις ραδιοκυμάτων» (Fast Radio Bursts-FRB), οι οποίες ήσαν επαναλαμβανόμενες. Φαίνεται να προέρχονται από μια κοινή αινιγματική πηγή πολύ πέρα από τον γαλαξία μας. Μέχρι σήμερα οι επιστήμονες είχαν ανιχνεύσει τέτοιες σπάνιες ραδιο-εκρήξεις ως συμβάντα «μια κι έξω» και ποτέ ως επαναλαμβανόμενα φαινόμενα. Οι επιστήμονες αναζητούν τώρα την πηγή των «σημάτων» αυτών και μέχρι να δοθεί απάντηση οι θεωρίες θα είναι πολλές και φυσικά κάποιοι θα αναφέρουν ότι πρόκειται για προϊόν προηγμένου εξωγήινου πολιτισμού.

Ο εντοπισμός

Για πρώτη φορά εντοπίζονται επαναλαμβανόμενα ραδιοκύματα FRB. An international research team used a combination of radio and optical telescopes to identify the precise location of a fast radio burst (FRB) in a distant galaxy, allowing them to conduct a unique census of the universe's matter content. Their result confirms current cosmological models of the distribution of matter in the universe. The infrared image on the left shows the field of view of the Parkes radio telescope with the area where the signal came from marked in cyan. On the right are successive zoom-ins on that area. At the bottom right is the Subaru optical image of the FRB galaxy, with the superimposed elliptical regions showing the location of the fading 6-day afterglow seen with ATCA. Credit: © D. Kaplan (UWM), E. F. Keane (SKAO)

Ερευνητές από διάφορες χώρες, με επικεφαλής τη Λάουρα Σπίτλερ του γερμανικού Ινστιτούτου Ραδιο-Αστρονομίας Μαξ Πλανκ στη Βόννη, ανέφεραν ότι η πηγή του φαινομένου πρέπει να είναι κάποιο υπερβολικά ισχυρό αντικείμενο, που περιοδικά παράγει τέτοιες ραδιο-εκρήξεις σε διάστημα μικρότερο του λεπτού.

This image shows the increased delay in the arrival time of the Fast Radio Burst as a function of the frequency. The delay in the signal is caused by the material it goes through between its point of origin and Earth. Image Credit: E. F. Keane (SKAO).

Οι εκλάμψεις FRB, που διαρκούν ελάχιστα χιλιοστά του δευτερολέπτου αλλά είναι πολύ ισχυρές, προβληματίζουν τους επιστήμονες. Για πρώτη φορά εντοπίσθηκε μια τέτοια «έκρηξη» πριν περίπου δέκα χρόνια, αλλά παραμένει άγνωστο τι τις προκαλεί. Έχει προταθεί ως εξήγηση η έκρηξη ενός υπερκαινοφανούς αστέρα (σούπερ-νόβα), η βαρυτική κατάρρευση ενός αστέρα νετρονίων (πάλσαρ) σε μια μαύρη τρύπα ή μια έκρηξη ακτίνων-γάμα.

Όμως η ανακάλυψη επαναλαμβανόμενων σαν φλας FRB για πρώτη φορά από το ραδιοτηλεσκόπιο Αρεσίμπο στο Πουέρτο Ρίκο -το μεγαλύτερο ραδιοτηλεσκόπιο στον κόσμο, με διάμετρο 305 μέτρων- περιπλέκει τα πράγματα και αναζητάται πλέον μια πιο «εξωτική» πηγή προέλευσης. Η ανακάλυψη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Nature».

Πηγή: Nature, DOI: 10.1038/nature17140