«Πλήγμα» στο κοσμολογικό μοντέλο από νέα μέτρηση της συμπαντικής διαστολής. Astronomers measure universe expansion, get hints of 'new physics'

H σταθερά του Hubble που υπολογίστηκε από την κοινοπραξία H0LiCOW, είναι 71.9±2.7 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά μεγα-παρσέκ, με ακρίβεια 3.8%. International astronomers using the NASA/ESA Hubble Space Telescope have made an independent measurement of how fast the Universe is expanding. The newly measured expansion rate for the local Universe is consistent with earlier findings. These are, however, in intriguing disagreement with measurements of the early Universe. Credit: NASA, ESA, Suyu (Max Planck Institute for Astrophysics), Auger (University of Cambridge)

Αν και όλες οι ενδείξεις συνηγορούν στο γεγονός ότι το σύμπαν διαστέλλεται, ποιος είναι ο ρυθμός της διαστολής; Η φυσική δεν μπορεί να δώσει κατηγορηματική απάντηση σε αυτό το ερώτημα, καθώς μετρήσεις που έχουν βασισθεί σε διαφορετικές τεχνικές έχουν καταλήξει σε τιμές που αποκλίνουν μεταξύ τους.

Τώρα, μία καινούρια μελέτη από τη διεθνή κοινοπραξία H0LiCOW έρχεται να επιβεβαιώσει αυτή την ασυμφωνία, δείχνοντας ότι υπάρχει μία θεμελιώδης ανεπάρκεια στον τρόπο που κατανοούμε το σύμπαν.

Όπως και οι προηγούμενες μετρήσεις, έτσι και η μελέτη της κοινοπραξίας H0LiCOW υπολογίζει την τιμή της σταθεράς του Hubble, όπως ονομάζεται η παράμετρος που αντιπροσωπεύει τον ρυθμό της συμπαντικής διαστολής.

Με επικεφαλής τη Σέρι Σούγιου, από το Ινστιτούτο Αστροφυσικής της Εταιρείας Max-Planck στη Γερμανία, η ομάδα των ερευνητών μελέτησε γι’ αυτό τον σκοπό πέντε γαλαξίες, χρησιμοποιώντας επίγεια και διαστημικά τηλεσκόπια, μεταξύ των οποίων και το τηλεσκόπιο Hubble. Έτσι, μπόρεσε να υπολογίσει με μεγάλη ακρίβεια τoν ρυθμό της συμπαντικής διαστολής.

Distant quasars tend to change their brightness, causing them to flicker. As the light which creates the different images of the quasar follows paths with slightly different lengths, the images do not flicker simultaneously but are delayed with respect to each other by several days. This delay in flickering can be used to measure the Hubble constant which describes the speed of expansion of our Universe. While the relative time between two flickers is correctly represented in this animation, in reality the delays are in the range of days to two weeks. Credit: ESA/Hubble, NASA

Οι πέντε γαλαξίες παρεμβάλλονται ανάμεσα στη Γη και πολύ μακρινούς κβάζαρ, δηλαδή εξαιρετικά φωτεινούς γαλαξιακούς πυρήνες. Καθώς οι ακτίνες φωτός από τους κβάζαρ περνούν από τους γαλαξίες, πριν φτάσουν στη Γη, οι τροχιές τους παραμορφώνονται από το ισχυρό βαρυτικό πεδίο των γαλαξιών.

Objects with large masses such as galaxies or clusters of galaxies warp the spacetime surrounding them in such a way that they can create multiple images of background objects. This effect is called strong gravitational lensing. Credit: ESA/Hubble, NASA

Το φαινόμενο αυτό ερμηνεύεται στο πλαίσιο της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, σύμφωνα με την οποία οι γαλαξίες λειτουργούν ως «βαρυτικοί φακοί». Ως αποτέλεσμα, κάθε κβάζαρ εμφανίζεται στα τηλεσκόπια των αστρονόμων με ένα τετραπλό είδωλο, τα οποία μάλιστα μεταβάλλουν τη φωτεινότητά τους.

Η ομάδα μέτρησε τις μεταβολές της φωτεινότητας, από τις οποίες υπολόγισε τον ρυθμό της συμπαντικής διαστολής. «Η μέθοδός μας είναι ο πιο απλός και άμεσος τρόπος μέτρησης της σταθεράς του Hubble, αφού χρησιμοποιεί μόνο τη γεωμετρία και τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, χωρίς καμία άλλη παραδοχής», λέει στην ιστοσελίδα του τηλεσκοπίου Hubble ο Φρεντερίκ Κουρμπέν, μέλος της ομάδας.

Η τιμή που υπολόγισαν οι ερευνητές συμφωνεί με παλαιότερες μετρήσεις, οι οποίες έχουν βασισθεί σε ουράνια αντικείμενα από το τοπικό σύμπαν, δηλαδή σε απόσταση από τη Γη έως και 1 δισ. έτη φωτός.

Ωστόσο, και αυτή διαφέρει από την τιμή που προέκυψε, χρησιμοποιώντας για τον υπολογισμό την μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, δηλαδή το «απολίθωμα» της ακτινοβολίας που εξέπεμπε το σύμπαν όταν είχε ηλικία μόλις 380.000 έτη.

«Ο ρυθμός της συμπαντικής διαστολής έχει αρχίσει να μετράται τα τελευταία χρόνια με διάφορες μεθόδους και με μεγάλη ακρίβεια. Έτσι, οι ασυμφωνίες πιθανότατα παραπέμπουν σε μία νέα φυσική θεωρία, πέρα από τον τρόπο που κατανοούμε σήμερα το σύμπαν», εξηγεί η Σούγιου.

Ο προσδιορισμός του ρυθμού της συμπαντικής διαστολής είναι σήμερα ένας από τους πιο σημαντικούς στόχους της κοσμολογίας.

«Η σταθερά του Hubble είναι κρίσιμη για τη σύγχρονη αστρονομία, καθώς μπορεί να μας βοηθήσει να επιβεβαιώσουμε αν είναι πραγματικά σωστή η εικόνα μας για το σύμπαν –σύμφωνα με την οποία αποτελείται από σκοτεινή ενέργεια, συμβατική ύλη και σκοτεινή ύλη– ή κατά πόσο μας διαφεύγει κάτι θεμελιώδες», καταλήγει η ερευνήτρια.

Πηγές: naftemporiki.gr – phys.org

Γεγονός η πρώτη χίμαιρα ανθρώπου-χοίρου! Human-Pig Hybrid Created in the Lab—Here Are the Facts

Στόχος η δημιουργία οργάνων μεταμόσχευσης και οι δοκιμές φαρμάκων. Scientists hope the chimera embryos represent key steps toward life-saving lab-grown organs. This pig embryo was injected with human cells early in its development and grew to be four weeks old. PHOTOGRAPH COURTESY JUAN CARLOS IZPISUA BELMONTE

Δεν φτάσαμε ακόμη να δημιουργούμε μυθικά τέρατα, όπως η μυθική Χίμαιρα με σώμα κατσίκας, κεφάλι λιονταριού και ουρά φιδιού, αλλά μάλλον προς τα εκεί οδεύουμε αργά αλλά σταθερά. Επιστήμονες στις ΗΠΑ ανακοίνωσαν ότι δημιούργησαν τα πρώτα χιμαιρικά έμβρυα χοίρων, τα οποία είναι κατά περίπου 0,001% ανθρώπινα, συνδυάζοντας κύτταρα και από τα δύο είδη.

Ο απώτερος στόχος των επιστημόνων είναι να δημιουργήσουν μέσα σε τέτοια υβριδικά ζώα ανθρώπινα όργανα (καρδιά, πάγκρεας, ήπαρ κ.α.) προοριζόμενα προς μεταμόσχευση σε ασθενείς. Επίσης θα μπορούν να γίνουν δοκιμές νέων φαρμάκων. Όμως αυτή  η προοπτική είναι ακόμη μακρινή, καθώς υπάρχουν πολλές τεχνικές δυσκολίες, όπως παραδέχθηκαν οι επιστήμονες (για να μην αναφέρουμε τους βιοηθικούς προβληματισμούς).

Πως φτιάχτηκε

This photograph shows injection of human iPS cells into a pig blastocyst. A laser beam (green circle with a red cross inside) was used to perforate an opening to the outer membrane (Zona Pellucida) of the pig blastocyst to allow easy access of an injection needle delivering human iPS cells. Credit: Courtesy of Juan Carlos Izpisua Belmonte

Για τη δημιουργία της χίμαιρας, ανθρώπινα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα εισήχθησαν σε έμβρυο χοίρου, το οποίο στη συνέχεια εμφυτεύθηκε σε μια γουρούνα για διάστημα έως ενός μήνα (μετά τα έμβρυα αφαιρέθηκαν για μελέτη, προτού υπάρξει γέννα). Προς το παρόν, η διαδικασία είναι ελάχιστα αποτελεσματική, καθώς, όπως έδειξαν τα πειράματα, από τα 2.075 έμβρυα που εμφυτεύθηκαν, μόνο τα 186 συνέχισαν να αναπτύσσονται μέσα στους θηλυκούς χοίρους.

Όμως, από την άλλη, υπήρξαν σαφείς ενδείξεις ότι τα ανθρώπινα κύτταρα ήταν λειτουργικά μέσα στους χοίρους, παρόλο που αποτελούσαν ένα μικρό μόνο μέρος του ζώου. Δεν υπάρχουν πάντως ακόμη ενδείξεις ότι τα ανθρώπινα κύτταρα ενσωματώνονται στον αναπτυσσόμενο εγκέφαλο των χοίρων (με ό,τι μπορεί να σημαίνει αυτό από πλευράς νοημοσύνης!).

Scientists from the Salk Institute discuss the breakthrough.

«Είναι η πρώτη φορά που ανθρώπινα κύτταρα αναπτύσσονται μέσα σε ένα μεγάλο ζώο, αν μάλιστα σκεφτεί κανείς ότι άνθρωποι και χοίροι έχουν διαχωριστεί εξελικτικά εδώ και πολύ καιρό», δήλωσε ο επικεφαλής ερευνητής καθηγητής Χουάν Κάρλος Ιζπιζούα Μπελμόντε του Ινστιτούτου Βιολογικών Επιστημών Salk της Καλιφόρνια.

Όπως είπε ο ίδιος, «έγινε απλώς το πρώτο σημαντικό βήμα» και τόνισε ότι υπάρχει ακόμη «μεγάλη απόσταση», έως ότου καταστεί εφικτή η ανάπτυξη ανθρωπίνων οργάνων μέσα σε ζώα. Μέχρι τότε, η δημιουργία χιμαιρών θεωρείται χρήσιμη για τη δοκιμή νέων φαρμάκων προτού δοκιμασθούν σε ασθενείς, για την μελέτη νέων ανθρωπίνων ασθενειών, για την καλύτερη κατανόηση της ανάπτυξης των ανθρωπίνων εμβρύων κ.α. Το επίτευγμα δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Cell».

Τα ζώα

This one-year-old chimera sprang from a mouse injected with rat stem cells.  PHOTOGRAPH COURTESY JUAN CARLOS IZPISUA BELMONTE

Εκτός από τους χοίρους, οι αγελάδες φαίνονται ακόμη πιο κατάλληλο ζώο για τη δημιουργία χίμαιρας με τους ανθρώπους, επειδή η κύησή τους διαρκεί επίσης εννέα μήνες περίπου. Αντίθετα, η κύηση των χοίρων είναι πολύ πιο γρήγορη (διαρκεί λιγότερο από τέσσερις μήνες), με συνέπεια τα εμβρυικά κύτταρα του χοίρου να αναπτύσσονται με πολύ ταχύτερο ρυθμό από ό,τι τα ανθρώπινα. Στην περίπτωση όμως των αγελάδων ο ρυθμός ανάπτυξης είναι ίδιος.

Προς το παρόν, η έρευνα σε χίμαιρα ανθρώπου-ζώου δεν επιτρέπεται να δημιουργήσει έμβρυο που θα ζήσει για πάνω από ένα μήνα. Οι επιστήμονες δεν θεωρούν ότι είναι ώριμη η στιγμή για να αφήσουν να γεννηθούν τέτοιες χίμαιρες.

«Δεν πρέπει να κάνουμε οτιδήποτε η επιστήμη μπορεί να κάνει. Δεν ζούμε απομονωμένοι στο εργαστήριο, αλλά ζούμε με άλλους ανθρώπους και η κοινωνία πρέπει να αποφασίσει τι μπορούμε να κάνουμε», δήλωσε ο Μπελμόντε.

The Chimera on a red-figure Apulian plate, c. 350–340 BC (Musée du Louvre).

«Όταν ο κόσμος ακούει τη λέξη χίμαιρα, τη συσχετίζει πάντα με την ελληνική μυθολογία, υπάρχει πάντα αυτός ο φόβος. Όμως και οι άγγελοι είναι χίμαιρες, μπορεί να υπάρξει επίσης μια θετική εικόνα γι' αυτά τα πλάσματα. Στόχος δεν είναι να δημιουργήσουμε ένα τέρας, αλλά να βοηθήσουμε λόγω της παγκόσμιας έλλειψης οργάνων για μεταμόσχευση», δήλωσε ο κύριος ερευνητής δρ Τζουν Γου.

Όμως οι σκεπτικιστές φοβούνται, μεταξύ άλλων, ότι η μεταφορά ανθρωπίνων χαρακτηριστικών σε ζώα θα υποβαθμίσει την αξιοπρέπεια των ανθρώπων, το τι σημαίνει να είσαι άνθρωπος. Αν και μερικοί -πιο απαισιόδοξοι για την ανθρώπινη φύση- θα προσέθεταν ότι μπορεί να υποβαθμιστεί και η αξιοπρέπεια των ζώων...

Πηγές: http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(16)31752-4, http://www.tovima.gr/science/medicine-biology/article/?aid=859357