Τετάρτη, 28 Σεπτεμβρίου 2016

To Σύμπαν είναι όντως ίδιο προς όλες τις κατευθύνσεις. Scientists confirm the universe has no direction

Επιστήμονες επιβεβαιώνουν για πρώτη φορά τη θεωρία που υποστηρίζει ότι το Σύμπαν είναι ισοτροπικό. Scientists have confirmed that the universe is very likely the same in every direction, showing that the assumption of the universe being isotropic can be safely used in cosmology. Four potential CMB patterns for universes with direction. D. Saadeh et al., Phys. Rev. Lett. (2016)

Οι κοσμολόγοι μπορούν να αναστενάξουν με ανακούφιση: η ακριβέστερη ως σήμερα μελέτη επιβεβαιώνει τη βασική υπόθεση ότι το Σύμπαν διαστέλλεται ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις, χωρίς να περιστρέφεται ή να τεντώνεται.

Ομοιομορφία σε μεγάλες κλίμακες

Scholzs star. Credit: University of Leicester

Αν κοιτάξει κανείς το νυχτερινό ουρανό βλέπει πλανήτες, άστρα, γαλαξίες αλλά και μεγάλες, κενές περιοχές. Αν όμως δει κανείς την ευρύτερη εικόνα, εξετάζοντας το Σύμπαν σε μεγάλες κλίμακες, ο ουρανός φαίνεται ίδιος προς όλες τις κατευθύνσεις.

Για να περιγράψουν αυτήν την ομοιομορφία σε μεγάλες κλίμακες, οι κοσμολόγοι λένε ότι το Σύμπαν είναι «ισοτροπικό» -μια κεντρική υπόθεση στην οποία βασίζονται οι περισσότεροι υπολογισμοί στην Κοσμολογία.

Παρόλα αυτά, κανείς δεν μπορεί να είναι απόλυτα σίγουρος ότι δεν υπάρχει κάποια «ανισοτροπία», δηλαδή κάποια σημαντική μεταβολή στις ιδιότητες του χωροχρόνου σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Κανείς δεν μπορεί επίσης να αποκλείσει την πιθανότητα ολόκληρο το Σύμπαν να περιστρέφεται γύρω από έναν άξονα, κάτι που επίσης θα καθιστούσε τον χωροχρόνο ανισοτροπικό.

Η νέα μελέτη, η οποία δημοσιεύεται στην έγκριτη επιθεώρηση Physical Review Letters προσφέρει νέα επίπεδα ακρίβειας, καθώς υπολογίζει ότι η πιθανότητα να μην είναι το Σύμπαν ισοτροπικό είναι μόλις 1 στις 121.000.

Αρχέγονη λάμψη

O ουράνιος χάρτης της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου που δημιουργήθηκε από την ευρωπαϊκή αποστολή Planck. Πηγή: ESA

Για να εξετάσουν το κατά πόσον ο χωροχρόνος έχει αίσθηση της κατεύθυνσης, οι ερευνητές του Πανεπιστημιακού Κολεγίου του Λονδίνου και του Imperial College εξέτασαν τη «μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου», ή CMB, το απόφωτο μιας λάμψης που γέμισε τα πάντα όταν το Σύμπαν έγινε ξαφνικά διαφανές περίπου 360.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

Ακόμα και σήμερα, η αμυδρή αυτή λάμψη γεμίζει τον ουρανό στο φάσμα των μικροκυμάτων και δίνει πολύτιμα στοιχεία για την εξέλιξη του Σύμπαντος.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τον ακριβέστερο μέχρι σήμερα χάρτη της ακτινοβολίας CMB σε ολόκληρο τον ουρανό, τον οποίο δημιούργησε ο δορυφόρος Planck της ευρωπαϊκής διαστημικής υπηρεσίας ESA. Ο χάρτης καταγράφει την ένταση της ακτινοβολίας σε κάθε σημείο του ουράνιου θόλου, καθώς και την πόλωση της ακτινοβολίας αυτής, η οποία δίνει μια αίσθηση της κατεύθυνσης.

Η ερευνητική ομάδα συνέκρινε το χάρτη με μαθηματικά μοντέλα στα οποία το Σύμπαν είναι ανισοτροπικό. Για παράδειγμα, αν το Σύμπαν τεντώνεται προς μια κατεύθυνση περισσότερο από ό,τι σε άλλες ο χάρτης θα εμφάνιζε μακρόστενες θερμές και ψυχρές κηλίδες. Αν πάλι το Σύμπαν περιστρέφεται γύρω από έναν άξονα, η ακτινοβολία CMB θα εμφάνιζε σπειροειδή σχήματα.

Η θεωρία δικαιώνεται

The CMB sky in the near-isotropic limit is formed from the addition of a standard, stochastic background for the inhomogeneities to a pattern arising from small anisotropic expansion. In this work, for the first time, we constrain all modes of the anisotropic expansion (scalar, vector, regular tensor, irregular tensor). D. Saadeh et al., Phys. Rev. Lett. (2016)

Η σύγκριση της πραγματικότητας με τα μαθηματικά μοντέλα έδειξε ότι ο χάρτης του Planck είναι περισσότερο συμβατός με ένα ισοτροπικό Σύμπαν.

«Βρήκαμε ισχυρές ενδείξεις ότι το Σύμπαν είναι ίδιο προς όλες τις κατευθύνσεις» λέει ο Στίβεν Φίβεϊ του Imperial College.

Πιο ενθουσιώδης εμφανίστηκε η Ντανιέλα Σάαντε του Πανεπιστημιακού Κολεγίου του Λονδίνου, πρώτη συγγραφέας της δημοσίευσης: «Είμαστε πανευτυχείς που η εργασία μας δικαιώνει αυτό που υπέθεταν οι περισσότεροι κοσμολόγοι» είπε. «Για την ώρα, η Κοσμολογία είναι ασφαλής».

Έλον Μασκ: σχέδιο για αποικία 1 εκατ. κατοίκων στον Άρη. SpaceX’s Elon Musk makes the big pitch for his decades-long plan to colonize Mars

In the 1940s and 1950s, German rocket scientist Wernher von Braun stoked public interest in space exploration, envisioning the first plausible human mission to Mars. Credit: REPRODUCTION COURTESY BONESTELL LLC

Διαστημόπλοια για τη μεταφορά ανθρώπων στον Άρη, οι οποίοι θα δημιουργήσουν εκεί μία μόνιμη αποικία, θα αναπτύξει η εταιρεία αεροδιαστημικής SpaceX του νοτιοαφρικανικής καταγωγής μεγιστάνα Έλον Μασκ.

SpaceX founder Elon Musk presents his vision for sending settlers to Mars. Credit: SpaceX

Ο Μασκ παρουσίασε το σχέδιό του σήμερα στο Διεθνές Αστροναυτικό Κογκρέσο στη Γουαδαλαχάρα του Μεξικό, ενώ την ομιλία του παρακολούθησαν μέσω ίντερνετ περισσότεροι από 100.000 τηλεθεατές.

Colonies on Mars are a sci-fi staple, but even today some Mars mission advocates, such as the Mars Society's Robert Zubrin, envision self-sustaining, enclosed colonies with ample room for growing food. Credit: REPRODUCTION COURTESY BONESTELL LLC

«Είναι κάτι που μπορεί να γίνει στη διάρκεια της δικής μας ζωής. Είμαι πεπεισμένος πως μπορούμε να τα καταφέρουμε», σημείωσε.

SpaceX Founder, CEO, and Lead Designer Elon Musk will discuss the long-term technical challenges that need to be solved to support the creation of a permanent, self-sustaining human presence on Mars. The technical presentation will focus on potential architectures for sustaining humans on the Red Planet that industry, government and the scientific community can collaborate on in the years ahead.

Το σχέδιο του Μασκ είναι να ταξιδέψουν στον Κόκκινο Πλανήτη τουλάχιστον 1 εκατομμύριo άνθρωποι, όπου θα δημιουργήσουν μία αποικία που θα αυτοσυντηρείται. Προέβλεψε πως οι πρώτοι άποικοι θα μπορούσαν να βρεθούν στον Άρη σε μία δεκαετία από τώρα, ενώ υποστήριξε πως τα σκάφη θα πρέπει να πληρούν μία σειρά από προϋποθέσεις, ώστε να εκτελούν τακτικά δρομολόγια περίπου κάθε δύο χρόνια.

This graphic shows the architecture for Elon Musk’s interplanetary transport system. Click on the image for a bigger version. Credit: SpaceX

Με βάση αυτές τις προϋποθέσεις, οι πύραυλοι θα πρέπει να είναι πλήρως επαναχρησιμοποιήσιμοι, να ανεφοδιάζονται καθώς βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τη Γη, και να μπορούν να παράγουν καύσιμα στον Άρη.

An artist’s conception shows the Interplanetary Transport System on Europa, one of Jupiter’s moons. Credit: SpaceX

Επειδή η ατμόσφαιρα του πλανήτη αποτελείται κυρίως από διοξείδιο του άνθρακα, και προηγούμενες αποστολές έχουν εντοπίσει πάγο, ο Μασκ υποστηρίζει πως θα μπορεί να παραχθεί εκεί μεθάνιο, το οποίο θα χρησιμοποιείται ως καύσιμο.

Κεντρικό ρόλο στην ομιλία του είχε μία αναπαράσταση σε βίντεο ενός τεράστιου διαστημοπλοίου και ενός πυραύλου, που θα μεταφέρουν τους αποίκους στον προορισμό τους.

Ένα στοιχείο που δεν ξεκαθάρισε πάντως είχε να κάνει με τη χρηματοδότηση του εγχειρήματος, αναφέροντας απλώς πως θα προέλθει από μία «μεγάλη σύμπραξη δημόσιου και ιδιωτικού τομέα». Πρόσθεσε επίσης ότι το κόστος ανά αστροναύτη θα πρέπει να μειωθεί σημαντικά, για να γίνει πραγματικότητα ο εποικισμός.

Von Braun’s original Mars plan, depicted in the novel The Mars Project, called for ten 4,000-ton ships and a crew of 70, a quarter of whom were “commandos” sent to defend against native Martians. (It was a novel, after all.) Credit: REPRODUCTION COURTESY BONESTELL LLC

Αυτή τη στιγμή, ο ίδιος εκτιμά πως το ταξίδι στον Άρη θα κόστιζε 10 δισ. δολάρια ανά άτομο. Ο στόχος του είναι να μειώσει αυτό το ποσό στις 200.000. Πάντως, όπως σημείωσε, το μοναδικό προσωπικό του κίνητρο είναι να κάνει τη ζωή «διαπλανητική».

Η ομιλία του μεγιστάνα έγινε λίγες εβδομάδες μετά το σοβαρό ατύχημα της SpaceX, κατά το οποίο ένας μη επανδρωμένος πύραυλος και το φορτίο του καταστράφηκαν όταν ξέσπασε πυρκαγιά, δύο ημέρες πριν από την προγραμματισμένη απογείωση.

Όπως ανέφερε ο ίδιος λίγες ημέρες αργότερα, πρόκειται για «την πιο δύσκολη και περίπλοκη αποτυχία που είχαμε στα 14 χρόνια ύπαρξης της SpaceX».

Σύμφωνα με την εφημερίδα Guardian, η αποτυχία οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στα πολύ απαιτητικά χρονοδιαγράμματα της εταιρείας, λόγω των φιλοδοξιών του ιδρυτή της.

Grandest Canyon.This global mosaic of Mars is centered on Valles Marineris, the solar system's largest canyon range. It extends 4,000 kilometers and is seven kilometers deep in some places. PHOTOGRAPH BY NASA

Ωστόσο, η έκρηξη δημιούργησε αμφιβολίες για το κατά πόσο η SpaceX μπορεί όντως να εγγυηθεί την ασφαλή μεταφορά εφοδίων στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, «πόσο μάλλον την αποστολή ανθρώπων στον Άρη», όπως σημειώνει χαρακτηριστικά η εφημερίδα.