Πέμπτη, 8 Ιουνίου 2017

Παρατηρώντας αυτό που ο Αϊνστάιν θεωρούσε αδύνατον να παρατηρηθεί. New confirmation of Einstein's General Theory of Relativity

Το επίτευγμα επιβεβαιώνει για μια ακόμη φορά την ισχύ της Γενικής Θεωρίας Σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν, λίγο πάνω από έναν αιώνα μετά τη δημοσίευσή της. Αυτή η εικόνα μας δείχνει πως η βαρύτητα ενός λευκού νάνου παραμορφώνει τον χώρο και εκτρέπει το φως ενός απομακρυσμένου άστρου που βρίσκεται πίσω από αυτό. This illustration reveals how the gravity of a white dwarf star warps space and bends the light of a distant star behind it. Credit: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

Μία διεθνής ομάδα αστρονόμων επιβεβαίωσε με παρατηρησιακά δεδομένα πως ένα μακρινό άστρο φαίνεται να βρίσκεται σε διαφορετική θέση στον ουρανό, αν και ανάμεσα σε αυτό και τη Γη παρεμβάλλεται ένα άλλο άστρο το οποίο εκτρέπει το φως του, χωρίς να χρειάζεται τα δύο σώματα να βρίσκονται ακριβώς στην ίδια ευθεία. Πρόκειται για ένα σημαντικό επίτευγμα, αφού, αν και το φαινόμενο αυτό προβλέπεται από τη Γενική Σχετικότητα, ο «πατέρας» αυτής της θεωρίας, δηλαδή ο Άλμπερτ Αϊνστάιν, θεωρούσε ότι ήταν αδύνατον να παρατηρηθεί.

Έτσι, οι αστρονόμοι από τις ΗΠΑ, τη Βρετανία και τον Καναδά ουσιαστικά προσέφεραν μία ακόμη απόδειξη της Γενικής Σχετικότητας, δείχνοντας παράλληλα ότι ο Αϊνστάιν είχε... άδικο, όταν υποστήριζε πως το φαινόμενο αυτό δεν θα μπορούσε να αποδειχθεί. Μάλιστα, αξιοποιώντας το, κατάφεραν να μετρήσουν τη μάζα του άστρου που παρενεβλήθη, εγκαινιάζοντας επομένως μία νέα τεχνική για αστρικές μελέτες.

Το φαινόμενο αυτό αποτελεί μία παραλλαγή της βαρυτικής μικροεστίασης. Με βάση τη Γενική Σχετικότητα, η βαρυτική μικροεστίαση οφείλεται στο γεγονός ότι κάθε άστρο λόγω της βαρύτητάς του παραμορφώνει τον περιβάλλοντα χώρο με τέτοιο τρόπο ώστε να συμπεριφέρεται σαν «φακός». Έτσι, όταν αυτός ο «φακός» βρεθεί ανάμεσα στη Γη και ένα άλλο άστρο (την «πηγή») παραμορφώνει τη διεύθυνση διάδοσης του φωτός που εκπέμπει αυτή η «πηγή».

Η λειτουργία των άστρων ως βαρυτικών «φακών» αποτελεί μία πρόβλεψη που κάνει τη Γενική Σχετικότητα να διαφέρει ριζικά από τη Νευτώνεια φυσική και έχει επιβεβαιωθεί ήδη από το 1919 στην περίπτωση του Ήλιου, κάνοντας τότε τη Γενική Σχετικότητα και τον Αϊνστάιν πρωτοσέλιδο στις μεγαλύτερες εφημερίδες της εποχής. Επίσης, εδώ και μερικά χρόνια, οι επιστήμονες έχουν εντοπίσει πολλές περιπτώσεις βαρυτικής μικροεστίασης, δηλαδή περιπτώσεις όπου ο «φακός» και η «πηγή» βρίσκονται ακριβώς στην ίδια ευθεία, με συνέπεια το φως της «πηγής» να παραμορφώνεται και να σχηματίζει ένα κυκλικό φωτεινό δακτύλιο («δακτύλιο του Αϊνστάιν»).

Ωστόσο, ο ίδιος ο Αϊνστάιν είχε προβλέψει ότι υπάρχει επίσης μία παραλλαγή της  βαρυτικής μικροεστίασης, που συμβαίνει όταν τα δύο άστρα δεν βρίσκονται ακριβώς στην ίδια ευθεία. Τότε, η «πηγή» θα εμφανίζεται ελαφρώς μετατοπισμένη από τη θέση της, ενώ ο δακτύλιος που θα σχηματίζεται θα είναι ασύμμετρος. Ωστόσο, όπως πίστευε, η μετατόπιση της θέσης θα είναι τόσο μικρή, όπως και το μέγεθος του δακτυλίου, που θα ήταν αδύνατον να μετρηθεί.

Διαστημική ζυγαριά

Astronomers made the Hubble observations of the white dwarf, the burned-out core of a normal star, and the faint background star over a two-year period. Hubble observed the dead star passing in front of the background star, deflecting its light. During the close alignment, the distant starlight appeared offset by about 2 milliarcseconds from its actual position. This deviation is so small that it is equivalent to observing an ant crawl across the surface of a quarter from 1,500 miles away. From this measurement, astronomers calculated that the white dwarf’s mass is roughly 68 percent of the sun’s mass. Credit: NASA, ESA, and K. Sahu (STScI)

Τώρα, η διεθνής ομάδα των αστρονόμων κατέρριψε αυτή την πρόβλεψη του Αϊνστάιν, αξιοποιώντας γι’ αυτό τον σκοπό δεδομένα από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble. Τον ρόλο του «φακού» ανέλαβε ο Stein 2051 B, ένας λευκός νάνος σε απόσταση μόλις 18 ετών φωτός από τη Γη, ο οποίος από τη μετατόπιση της θέσης της «πηγής», υπολόγιζαν πως η μάζα του είναι 0,675 η ηλιακή.

Το βίντεο που ακολουθεί δημιουργήθηκε από οκτώ φωτογραφίες του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble και δείχνει την κίνηση του λευκού νάνου Stein 2051 B καθώς διέρχεται μπροστά από ένα μακρινό άστρο, εκτρέποντας το φως του. Η απόκλιση είναι τόσο μικρή που ισοδυναμεί με την παρατήρηση ενός μυρμηγκιού από απόσταση 1500 μιλίων. Από τις μετρήσεις αυτές υπολογίστηκε πως η μάζα του λευκού νάνου είναι το 68% της μάζας του Ήλιου:


This time-lapse movie, made from eight Hubble Space Telescope images, shows the apparent motion of the white dwarf star Stein 2051 B as it passes in front of a distant star. The observations were taken between Oct. 1, 2013, and Oct. 14, 2015. The path of Stein 2051 B, due to its proper motion combined with its parallax due to the motion the Earth around the Sun, is shown by the wavy cyan line. Its proper motion in one year is shown by an arrow. Its parallax, enlarged by a factor of 5, is shown by an ellipse. Credit: NASA, ESA, and K. Sahu (STScI)

Στο επόμενο βίντεο βλέπουμε τον λευκό νάνο να διέρχεται μπροστά από το απομακρυσμένο άστρο. Εξαιτίας της βαρύτητας του λευκού νάνου το άστρο φαίνεται να μετατοπίζεται από την θέση του:


Astronomers made the Hubble observations of the white dwarf, the burned-out core of a normal star, and the faint background star over a two-year period. Hubble observed the dead star passing in front of the background star, deflecting its light. During the close alignment, the distant starlight appeared offset by about 2 milliarcseconds from its actual position. This deviation is so small that it is equivalent to observing an ant crawl across the surface of a quarter from 1,500 miles away. From this measurement, astronomers calculated that the white dwarf’s mass is roughly 68 percent of the sun’s mass. Credit: NASA, ESA, and K. Sahu (STScI)

Επιπλέον, οι μετρήσεις των Sahu et al είναι πολύ σημαντικές διότι αποδεικνύουν ότι ο Stein 2051B δεν είναι ένας εξωτικός λευκός νάνος με πυρήνα σιδήρου, αλλά μάλλον ένας απλός λευκός νάνος με πυρήνα άνθρακα-οξυγόνου, με συνηθισμένη μάζα και ακτίνα, όπως είχε προβλέψει ο Chandrasekhar και βραβεύθηκε με Νόμπελ φυσικής το 1930.

Η ομάδα ελπίζει ότι στο μέλλον θα εντοπίσει και άλλες περιπτώσεις εκδήλωσης του ίδιου φαινομένου, αξιοποιώντας τα νέας «γενιάς» επίγεια και διαστημικά τηλεσκόπια που βρίσκονται στα σκαριά. Έτσι, θα αξιοποιήσει αυτή τη νέα τεχνική, για να υπολογίσει τις μάζες ακόμη περισσότερων άστρων.

Πηγές: T. D. Oswalt, «A centennial gift from Einstein» - http://www.naftemporiki.gr/story/1244349/ - K.C. Sahu el al., "Relativistic deflection of background starlight measures the mass of a nearby white dwarf star," Science (2017). science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aal2879






Ο T.rex μάλλον δεν ήταν καλυμμένος με φτερά. T. rex was not feathery, study says

Σε αυτό το σπάνιο αποτύπωμα δέρματος διακρίνονται μόνο φολίδες και καθόλου φτερά. In a surprise win for Jurassic World fans, fossil skin samples suggest that several tyrannosaurs were scaly rather than feathered. This fossilized skin comes from the neck of a Tyrannosaurus rex. PHOTOGRAPH COURTESY OF PETER LARSON

Εδώ και λίγα χρόνια οι παλαιοντολόγοι φλερτάρουν με την ιδέα ότι ο διαβόητος Tyrannosaurus rex, ίσως ο πιο τρομακτικός δεινόσαυρος, ήταν καλυμμένος με χρωματιστά φτερά και πούπουλα. Η κακή φήμη του τέρατος δείχνει τώρα να σώζεται από την εξέταση ενός μοναδικού απολιθώματος από δέρμα.

Προηγούμενες μελέτες είχαν δείξει ότι οι πρόγονοι του T.rex ήταν καλυμμένοι με πτίλα (φτερά) σαν των πτηνών. Τα πουλιά, εξάλλου, είναι απόγονοι φτερωτών δεινοσαύρων που ζούσαν πριν από περίπου 150 εκατομμύρια χρόνια, πολύ πριν από την εποχή των τυραννόσαυρων.

Θα ήταν λοιπόν λογικό να υποθέσει κανείς ότι ο T.rex ήταν κι αυτός εξίσου πλουμιστός. Η ιδέα αυτή καταρρίπτεται τώρα από μελέτη στην επιθεώρηση Biology Letters, η οποία εξετάζει τα μόνα γνωστά απολιθώματα από το δέρμα του T.rex, τα οποία φυλάσσονται στο Μουσείο Φυσικών Επιστημών του Χιούστον. 

Φολίδες ναι, φτερά όχι

A tyrannosaur fossil shows a pattern of small scales reminiscent of alligator skin. PHOTOGRAPH BY AMANDA KELLEY

Η εξέτασή τους στο μικροσκόπιο δεν αποκάλυψε κανένα ίχνος φτερών. Αντίθετα, τα αποτυπώματα του δέρματος έφεραν ίχνη από τις χαρακτηριστικές φολίδες σαν λέπια που καλύπτουν και τα σημερινά ερπετά.

This fossil skin sample used in the study comes from a T. rex tail. PHOTOGRAPH COURTESY OF PETER LARSON

Ίχνη φτερών δεν βρέθηκαν ούτε σε απολιθώματα από τέσσερα άλλα μεγαλόσωμα είδη στην οικογένεια του τυραννόσαυρου.

An illustration of Albertosaurus, one of the large tyrannosaurs examined in the study. ILLUSTRATION BY JIM KUETHER

Το συμπέρασμα είναι ότι τα φτερά των αρχαιότερων, πιο μικρόσωμων ειδών δεν διατηρήθηκαν στους μεγαλόσωμους απογόνους τους -ίσως επειδή το ογκώδες σώμα τους έχανε πιο αργά θερμότητα και επομένως δεν χρειαζόταν τη μόνωση των πτίλων.

Υπάρχει πάντως ενδεχόμενο οι τυραννόσαυροι να έφεραν φτερά στη ράχη, τη μόνη περιοχή του σώματος από την οποία δεν έχουν βρεθεί απολιθώματα.

Πηγές: Tyrannosauroid integument reveals conflicting patterns of gigantism and feather evolution, Biology Lettersrsbl.royalsocietypublishing.org/lookup/doi/10.1098/rsbl.2017.0092 - http://www.tovima.gr/science/medicine-biology/article/?aid=884214

Στο Μαρόκο, τα αρχαιότερα απολιθώματα του είδους μας. World's oldest Homo sapiens fossils found in Morocco

Two views of a composite reconstruction of the earliest known Homo sapiens fossils from Jebel Irhoud (Morocco) based on micro computed tomographic scans of multiple original fossils. Dated to 300 thousand years ago these early Homo sapiens already have a modern-looking face that falls within the variation of humans living today. However, the archaic-looking virtual imprint of the braincase (blue) indicates that brain shape, and possibly brain function, evolved within the Homo sapiens lineage. Credit: Philipp Gunz, MPI EVA Leipzig

Το λίκνο της ανθρωπότητας ίσως δεν ήταν η ανατολική Αφρική όπως πιστεύουν ευρέως οι παλαιοντολόγοι: ανασκαφές στην περιοχή Τζεμπέλ Ιρχούντ του Μαρόκου έφεραν στο φως τα αρχαιότερα απολιθώματα του Homo sapiens, ηλικίας περίπου 300.000 ετών. 

Excavators working on the remaining deposits at Jebel Irhoud. Image: Shannon McPherron, MPI EVA Leipzig

Τα απολιθώματα είναι κατά τουλάχιστον 100.000 χρόνια παλαιότερα από τα αρχαιότερα που είχαν αποδοθεί μέχρι σήμερα στον Homo sapiens, τα οποία προέρχονταν από την περιοχή Όμο Κιμπίς της Αιθιοπίας στα ανατολικά της ηπείρου και χρονολογούνταν στα περίπου 195.000 έτη.

Τα ευρήματα παρουσιάζονται σε δύο δημοσιεύσεις στο περιοδικό Nature (διαθέσιμες εδώ και εδώ). Στην πρώτη συμμετέχει η διακεκριμένη ελληνίδα παλαιοανθρωπολόγος Κατερίνα Χαρβάτη του Κέντρου Σέκενμπεργκ για την Ανθρώπινη Εξέλιξη και το Παλαιοπεριβάλλον του γερμανικού Πανεπιστημίου του Τίμπιγκεν.

(GRAPHIC) G. Grullón/Science; (DATA) Smithsonian Human Origins Program; (PHOTOS, COUNTERCLOCKWISE FROM TOP LEFT) Ryan Somma/Wikimedia Commons; James Di Loreto & Donald H. Hurlbert/Smithsonian Institution/Wikimedia Commons; SHOP; SHOP; University of the Witwatersrand; SHOP; Housed in National Museum of Ethiopia, Addis Ababa, Photo Donation: ©2001 David L. Brill, humanoriginsphotos.com; SHOP

Έως τώρα αποτελούσε αντικείμενο διαμάχης κατά πόσο ο σύγχρονος ανατομικά άνθρωπος «αναδύθηκε» γρήγορα πριν από περίπου 200.000 χρόνια στην Ανατολική Αφρική, ή η εξέλιξή του από τον Homo heidelbergensis ή τον Homo rhodesiensis υπήρξε μια σταδιακή διαδικασία που ξεκίνησε πολύ παλαιότερα, ίσως και προ 400.000 ετών. Η νέα ανακάλυψη δείχνει ότι κατά πάσα πιθανότητα συνέβη το δεύτερο.

The mandible Irhoud 11 is the first, almost complete adult mandible discovered at the site of Jebel Irhoud. It is very robust and reminiscent of the smaller Tabun C2 mandible discovered in Israel in a much younger deposit. The bone morphology and the dentition display a mosaic of archaic and evolved features, clearly assigning it to the root of our own lineage. Credit: Jean-Jacques Hublin, MPI-EVA, Leipzig

Τα πρώτα απολιθώματα στο Τζεμπέλ Ιρχούντ του Μαρόκου είχαν βρεθεί τη δεκαετία του 1960, είχαν χρονολογηθεί πριν από 40.000 χρόνια και είχαν αποδοθεί σε μια αφρικανική μορφή Νεάντερταλ, κάτι που αργότερα αμφισβητήθηκε. Οι νέες ανασκαφές στην περιοχή έφεραν στο φως 16 πρόσθετα ανθρώπινα απολιθώματα από τουλάχιστον πέντε άτομα, μεταξύ των οποίων είναι ένα μερικά διατηρημένο κρανίο και μία κάτω γνάθος. 

Some of the Middle Stone Age stone tools from Jebel Irhoud (Morocco). Pointed forms such as a-i are common in the assemblage. Also characteristic are the Levellois prepared core flakes (j-k) Credit: Mohammed Kamal, MPI EVA Leipzig

Παράλληλα, βρέθηκαν λίθινα εργαλεία και οστά ζώων, ιδίως από γαζέλες, καθώς επίσης από ζέβρες, βούβαλους, γκνου (είδος αντιλόπης), λαγούς, χελώνες, ακανθόχοιρους, φίδια, ίσως ακόμη και αβγά στρουθοκαμήλων, κάτι που αποκαλύπτει το μάλλον πλούσιο μενού των προγόνων μας. Η ανάλυση ορισμένων οστών ζώων τα χρονολόγησε στα 337.000 με 374.000 χρόνια.

Η χρονολόγηση των ανθρώπινων απολιθωμάτων με την μέθοδο της θερμοφωταύγειας δίνει μια ηλικία 315.000 ετών με περιθώριο σφάλματος 34.000 ετών. Η ανατομική ανάλυση των ίδιων ευρημάτων κατέληξε στο συμπέρασμα ότι πρόκειται για τους «πρώτους» του είδους μας, δηλαδή για την αρχαιότερη γνωστή μορφή Homo sapiens.

Jean-Jacques Hublin pointing at a crushed human skull. Image: Shannon McPherron, MPI EVA Leipzig

Αυτό μεταξύ άλλων σημαίνει, ότι η εξελικτική ανάπτυξη των προγόνων μας δεν είχε περιορισθεί στην υπο-σαχάρια Αφρική, αλλά πιθανότατα απλωνόταν σε όλη την «μαύρη» ήπειρο. Όπως είπε ο Ιμπλέν, «νομίζαμε ότι υπήρχε ένα λίκνο της ανθρωπότητας πριν από 200.000 χρόνια στην Ανατολική Αφρική, όμως τα νέα ευρήματα αποκαλύπτουν ότι ο Homo sapiens εξαπλώθηκε σε ολόκληρη την ήπειρο της Αφρικής πριν από περίπου 300.000 χρόνια. Πολύ πριν γίνει η έξοδος του Homo sapiens από την Αφρική για άλλα μέρη, υπήρξε η ευρεία διασπορά του εντός της Αφρικής».

At the Jebel Irhoud site in Morocco, archeologists discovered stone tools and several human fossils. Thermoluminescence dating revealed an age of 315 ± 34 thousand years, making them the earliest known Homo sapiens fossils and artefacts.

Παραμένει πάντως ακόμη ζητούμενο ο ακριβής τόπος και χρόνος εμφάνισης του πρώτου Homo sapiens, στο πλαίσιο του ευρύτερου γένους Homo. Συνεπώς η αναζήτηση για την κοιτίδα της ανθρωπότητας συνεχίζεται.

Πηγές: Jean-Jacques Hublin, Abdelouahed Ben-Ncer, Shara E. Bailey, Sarah E. Freidline, Simon Neubauer, Matthew M. Skinner, Inga Bergmann, Adeline Le Cabec, Stefano Benazzi, Katerina Harvati, Philipp Gunz. New fossils from Jebel Irhoud, Morocco and the pan-African origin of Homo sapiensNature, 2017; 546 (7657): 289 DOI: 10.1038/nature22336 - http://www.tovima.gr/science/article/?aid=884389