Παρασκευή, 4 Μαρτίου 2016

Πότε θα έρθει το τέλος του Σύμπαντος; When will the universe end? Not for at least 2.8 billion years

If it’s about as far off as imminent can be. Credit: Mina De La O/Getty

«… αυτός είναι ο τρόπος
που ο κόσμος τελειώνει
όχι με ένα πάταγο αλλά με ένα λυγμό».
(Τ. Σ. Έλιοτ, «Οι κούφιοι άνθρωποι»)

Πριν αναφέρουμε το νέο «εύρημα» των φυσικών για το «πότε θα έρθει το τέλος του Σύμπαντος», ας δούμε πρώτα «πως πρόκειται να τελειώσει το Σύμπαν μας».

Υπάρχουν διάφορα σενάρια, τρία εκ των οποίων είναι: το σενάριο της «Μεγάλης Ψύχρας (Big Chill)», της «Μεγάλης Σύνθλιψης (Big Crunch)», της «Μεγάλης Ρήξης (Big Rip)».

Σύμφωνα με τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης το Σύμπαν μας διαστέλλεται εδώ και περίπου 14 δισεκατομμύρια χρόνια. Η «Μεγάλη Ψύχρα» θα επέλθει αν το Σύμπαν μας εξακολουθήσει να διαστέλλεται για πάντα, αραιώνοντας τον κόσμο και μετατρέποντάς τον σε ένα ψυχρό, σκοτεινό και τελικά νεκρό μέρος.

Στο σενάριο της «Μεγάλης Σύνθλιψης» η διαστολή του Σύμπαντος αναστρέφεται, αρχίζει η συστολή του και τέλος το περιεχόμενό του συνθλίβεται σε μια κατακλυσμιαία κατάρρευση που θα θυμίζει αντίστροφη Μεγάλη Έκρηξη. Η εξέλιξη αυτή μάλλον έχει τις μικρότερες πιθανότητες διότι το Σύμπαν φαίνεται πως όχι μόνο συνεχίζει να διαστέλλεται, αλλά επιπλέον η διαστολή του γίνεται με επιταχυνόμενο ρυθμό εξαιτίας της σκοτεινής ενέργειας.

Η «Μεγάλη Ρήξη» μοιάζει με τη «Μεγάλη Ψύχρα». Οι γαλαξίες, οι πλανήτες, τα άτομά μας ακόμα και το χωροχρονικό συνεχές διαρρηγνύονται σε ένα «γκραν φινάλε». Το πως θα τελειώσει το Σύμπαν μας εξαρτάται από την σκοτεινή ενέργεια η οποία αποτελεί το 70% της μάζας του Σύμπαντος. Μπορεί να επέλθει η Ψύχρα, είτε η Σύνθλιψη, είτε η Ρήξη ανάλογα με το αν η πυκνότητα της σκοτεινής ενέργειας παραμένει αμετάβλητη, γίνει αρνητική ή αυξηθεί, αντιστοίχως.

Το μέλλλον του χώρουΜεγάλη ΨύχραΜεγάλη ΣύνθλιψηΜεγάλη Ρήξη
Υπάρχει για πάντα;ΝΑΙΟΧΙ ΟΧΙ
Το μέγεθός του γίνεται άπειρο;ΝΑΙΟΧΙ ΝΑΙ
Η πυκνότητα γίνεται άπειρη;ΟΧΙΝΑΙΝΑΙ
Είναι ευσταθής;ΝΑΙΝΑΙ ΝΑΙ
Απείρως επεκτάσιμος;ΝΑΙΝΑΙ ΝΑΙ


Μια παλαιότερη μελέτη που ευνοούσε το σενάριο της Μεγάλης Ρήξης τοποθετούσε το φριχτό τέλος σε 22 δισεκατομμύρια χρόνια από σήμερα.

Μήπως η Μεγάλη  Ρήξη θα μπορούσε όμως να συμβεί νωρίτερα;

Στο ερώτημα αυτό επιχειρούν να απαντήσουν οι Jiménez et al [Observational support for approaching cosmic doomsday]  από το πανεπιστήμιο της Λισαβόνας προσομοιώνοντας στον υπολογιστή τις πιθανές εξελίξεις του Σύμπαντος, χρησιμοποιώντας τα πρόσφατα κοσμολογικά δεδομένα σχετικά με την σκοτεινή ενέργεια – δεδομένα που σχετίζονται με τους γειτονικούς  γαλαξίες, τα σουπερνόβα και τις βαρυονικές ακουστικές ταλαντώσεις.

Οι προσομοιώσεις τους δείχνουν ότι η Μεγάλη Ρήξη θα μπορούσε να συμβεί σε περίπου 2,8 δισεκατομμύρια χρόνια από σήμερα. Αυτό είναι το κάτω όριο των υπολογισμών τους, καθώς το άνω όριο τείνει στο άπειρο, που σημαίνει πως η Μεγάλη Ρήξη δεν πραγματοποιείται και καταλήγουμε στο σενάριο της «Μεγάλης Ψύχρας».

Πάντως στην περίπτωση που το Σύμπαν μας καταλήξει στην «Μεγάλη Ρήξη» μετά από 2,8 δισεκατομμύρια χρόνια (το κάτω όριο των υπολογισμών), ο Ήλιος μας δεν θα προλάβει να ολοκληρώσει τον κύκλο του, αφού  θα σβήσει μετά από 5 δισεκατομμύρια χρόνια…

Φως στον μηχανισμό γέννησης των νευρώνων. A new technology reveals the genetic origin of newborn neurons in the brain

Η νέα μέθοδος φωτίζει την γέννηση νέων νευρώνων στον εγκέφαλο. Our brain is home to different types of neurons, each with their own genetic signature that defines their function. These neurons are derived from progenitor cells, which are specialized stem cells that have the ability to divide to give rise to neurons. Today, neuroscientists from the Faculty of Medicine at the University of Geneva (UNIGE) shed light on the mechanisms that allow progenitors to generate neurons. Neurons (stock image). Credit: © ktsdesign / Fotolia

Επιστήμονες στην Ελβετία - μεταξύ των οποίων ο διακεκριμένος καθηγητής γενετικής Εμμανουήλ Δερμιτζάκης- έριξαν για πρώτη φορά φως στους μηχανισμούς μέσω των οποίων γεννιούνται νέα εγκεφαλικά κύτταρα (νευρώνες) από βλαστικά κύτταρα του εγκεφάλου.

Η τεχνολογία

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον νευροεπιστήμονα Ντενί Ζαμποντόν του Τμήματος Βασικών Νευροεπιστημών της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου της Γενεύης ανέπτυξαν μια νέα τεχνολογία με την ονομασία FlashTag, η οποία καθιστά δυνατή την παρακολούθηση των νευρώνων, καθώς γεννιούνται.

Η δυνατότητα αυτή επέτρεψε στους επιστήμονες να απομονώσουν και να παρατηρήσουν επιμέρους νευρώνες σε πραγματικό χρόνο, ακριβώς τη στιγμή που δημιουργούνται. Αυτό βοήθησε επίσης τους ερευνητές να αποκωδικοποιήσουν για πρώτη φορά τον βασικό γενετικό κώδικα που επιτρέπει την κατασκευή ενός νευρώνα.

Η ανακάλυψη αυτή όχι μόνο διευρύνει την κατανόηση του πώς αναπτύσσεται ο εγκέφαλος, αλλά -το κυριότερο- ανοίγει το δρόμο για να χρησιμοποιηθεί αυτός ο γενετικός κώδικας, προκειμένου στο μέλλον να δημιουργηθούν νευρώνες από βλαστικά κύτταρα. Έτσι, όχι μόνο θα κατανοηθούν καλύτερα οι διάφορες νευρολογικές παθήσεις (αυτισμός, σχιζοφρένεια κ.α.), αλλά πιθανώς ανοίγουν και νέες προοπτικές για τη θεραπεία τους.

Η εγκεφαλική υπογραφή

This is an expression of all the genes of a neuron during the first hours after its birth. Each circle represents a development stage (6h, 12h, 24h), and the colored points within each circle represent the level of gene expression. Credit: Jabaudon Lab, UNIGE

Ο εγκέφαλος διαθέτει πολλά διαφορετικά είδη νευρώνων, το καθένα με τη δική του ξεχωριστή γενετική «υπογραφή», η οποία καθορίζει και την αντίστοιχη εξειδίκευση και λειτουργία του. Όλοι οι νευρώνες προέρχονται από προγονικά βλαστικού τύπου κύτταρα.

Με την τεχνική FlashTag, κάθε φορά που ένα βλαστικό κύτταρο γεννά ένα νευρώνα, αυτός αμέσως καθίσταται ορατός χάρη σε ένα φωσφορίζοντα δείκτη. Οι επιστήμονες, στη συνέχεια, μπορούν να παρακολουθούν καθένα ξεχωριστό νευρώνα και να βλέπουν ποια γονίδια ενεργοποιούνται (εκφράζονται) τις πρώτες ώρες μετά τη δημιουργία του. Επίσης, στη συνέχεια, είναι σε θέση να καταγράφουν τις εξελικτικές αλλαγές που συμβαίνουν σε βάθος χρόνου στη γονιδιακή έκφραση κάθε νευρώνα.

«Μέχρι τώρα είχαμε μόνο λίγες φωτογραφίες με τις οποίες έπρεπε να ανακατασκευάσουμε την ιστορία των νευρώνων, πράγμα που άφηνε μεγάλα περιθώρια για εικασίες. Χάρη στο FlashTag, έχουμε πλέον μια κανονική γενετική ταινία να ξετυλίγεται μπροστά στα μάτια μας», δήλωσε ο Ζαμποντόν.

Τα πειράματα

Δοκιμάζοντας την τεχνική στον εγκεφαλικό φλοιό ποντικιών, οι επιστήμονες εντόπισαν τα γονίδια-κλειδιά για την ανάπτυξη των νευρώνων. Ορισμένα από αυτά τα γονίδια φαίνεται να εμπλέκονται στις νευροαναπτυξιακές και νευροεκφυλιστικές παθήσεις, οι οποίες μπορεί να εμφανιστούν πολλά χρόνια μετά τη γέννηση των νευρώνων.

Οι ερευνητές δεν αποκλείουν να υπάρχει ήδη μια γενετική προδιάθεση στους νευρώνες, οι οποίοι αργότερα θα δυσλειτουργήσουν, υπό την επήρεια και περιβαλλοντικών παραγόντων. Γι' αυτό, θα αναζητήσουν πιθανές πρώιμες ενδείξεις ανωμαλίας και μελλοντικών παθήσεων στους νεογέννητους νευρώνες, τώρα πια που τους έχουν «βάλει στο μάτι» κυριολεκτικά.

Ήδη, γνωρίζοντας τον γενετικό κώδικα των νευρώνων, προχώρησαν δοκιμαστικά στην τροποποίηση (αλλαγή έκφρασης) ορισμένων γονιδίων, επεμβαίνοντας έτσι στο «σενάριο» ανάπτυξης των εγκεφαλικών κυττάρων και επιταχύνοντας την ανάπτυξή τους. Μάλιστα οι ερευνητές δημιούργησαν μια ιστοσελίδα, ώστε και άλλοι επιστήμονες να χρησιμοποιήσουν ελεύθερα το νέο εργαλείο FlashTag, λαμβάνοντας υπόψη ότι το ανθρώπινο γονιδίωμα περιέχει περίπου 20.000 γονίδια και κάθε μία ερευνητική ομάδα δεν μπορεί να εστιαστεί παρά σε μερικά μόνο από αυτά κάθε φορά.

Πηγή: "Sequential transcriptional waves direct the differentiation of newborn neurons in the mouse neocortex" Science (2016). DOI: 10.1126/science.aad8361 

Είναι αυτός ο γαλαξίας Νο1; GN-z11: Astronomers Discover Farthest Galaxy Yet

Στην ένθετη εικόνα σημειώνεται ο γαλαξίας GN-z11 που είναι ο αρχαιότερος και πιο μακρινός που έχει εντοπιστεί μέχρι σήμερα στο Σύμπαν. Using the NASA/ESA Hubble Space Telescope, astronomers have found a surprisingly bright, infant galaxy 13.4 billion light-years from us, making it the most distant galaxy ever detected. GN-z11, shown in the inset, is seen as it was 13.4 billion years in the past, just 400 million years after the Big Bang. Image credit: NASA / ESA / P. Oesch, Yale University / G. Brammer, STScI / P. van Dokkum, Yale University / G. Illingworth, University of California, Santa Cruz.

Αστρονόμοι ανακάλυψαν, με τη βοήθεια του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble, ένα γαλαξία που βρίσκεται σε απόσταση 13,4 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη. Φαίνεται ότι σχηματίστηκε περίπου 400 εκ. έτη μετά τη γέννηση του Σύμπαντος και είναι ο αρχαιότερος και πιο μακρινός που έχει ποτέ εντοπισθεί μέχρι σήμερα.

EGSY8p7 was the most distant confirmed galaxy whose spectrum obtained with the W. M. Keck Observatory places it at a redshift of 8.68 at a time when the Universe was less than 600 million years old. Image credit: NASA / ESA / JPL-Caltech / I. Labbe, Leiden University.

Το προηγούμενο ρεκόρ κατείχε ο γαλαξίας EGSY8p7 που βρίσκεται σε απόσταση 13.2 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από εμάς.

Μυστηριώδης Μαθουσάλας

This graphic shows a timeline of the Universe, stretching from the present day (left) all the way back to the Big Bang (right). The position of GN-z11 is shown not far from where the first stars began to form. The previous record holder’s position is also identified. Image credit: NASA / ESA / A. Field, STScI.

Ο γαλαξίας GN-z11 βρίσκεται στην κατεύθυνση του αστερισμού της Μεγάλης Άρκτου και κατά πάσα πιθανότητα ανήκει στην πρώτη γενιά γαλαξιών του Σύμπαντος. Ο γαλαξίας αυτός είναι 25 φορές μικρότερος από τον δικό μας και η συνολική μάζα των άστρων του είναι μόλις το 1% του δικού μας γαλαξία. Όμως αναπτύσσεται γοργά, δημιουργώντας νέα άστρα με ρυθμό 20 φορές μεγαλύτερο από ό,τι κάνει ο δικός μας σήμερα. Γι' αυτό, άλλωστε, είναι τόσο φωτεινός, ώστε να καταστεί εφικτό να παρατηρηθεί.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον Πασκάλ Οεσκ του Πανεπιστημίου Γέιλ δήλωσαν ότι για να κάνουν την ανακάλυψη, χρειάστηκε να φέρουν το «Hubble» στα όρια των δυνατοτήτων του. Μέχρι σήμερα, θεωρείτο ότι μόνο ο διάδοχος του Hubble, το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb που θα εκτοξευθεί το 2018, θα μπορούσε να «δει» τόσο μακριά στο χώρο και στο χρόνο. Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι το ρεκόρ απόστασης γαλαξία δεν θα καταρριφθεί ξανά από το Hubble ή άλλο υπάρχον τηλεσκόπιο, μέχρι το James Webb τεθεί σε λειτουργία.

Η ανακάλυψη επιβεβαιώνει ότι ορισμένοι απρόσμενα φωτεινοί γαλαξίες βρίσκονται σε τεράστιες αποστάσεις από τη Γη και δημιουργήθηκαν πολύ γρήγορα στο σύμπαν. Πάντως οι επιστήμονες αναρωτιούνται πώς είναι δυνατό να υπάρχει ένας τόσο μεγάλος σχετικά γαλαξίας μόλις 200 έως 300 εκατομμύρια χρόνια μετά τη δημιουργία των πρώτων άστρων στο σύμπαν, κάτι που δεν προβλέπουν οι έως τώρα θεωρίες. Έτσι, η δημιουργία του GN-z11 παραμένει ένα μυστήριο. Η ανακάλυψη θα δημοσιευθεί στο επόμενο τεύχος της επιθεώρησης «Astrophysical Journal (arXiv.org preprint)».