Κυριακή, 3 Δεκεμβρίου 2017

Είναι η διαπλανητική σκόνη ο ταχυδρόμος της ζωής; Space dust may transport life between worlds

Η κοσμική σκόνη ίσως είναι αυτή που μεταφέρει τη ζωή μέσα στο Σύμπαν. Life on our planet might have originated from biological particles brought to Earth in streams of space dust, a study suggests. Credit: CC0 Public Domain

Η αναζήτηση της προέλευσης της ζωής στη Γη αποτελεί διαχρονική επιστημονική αναζήτηση, με πολλές θεωρίες να έχουν πέσει στο τραπέζι του διαλόγου. Δύο είναι οι δημοφιλέστερες θεωρίες. Η μία αναφέρει ότι είτε έμμεσα είτε άμεσα για τη ζωή στην Γη ευθύνονται οι αστεροειδείς και οι κομήτες. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία οι μεγάλοι διαστημικοί βράχοι είτε έφεραν το νερό στη Γη μέσα στο οποίο γεννήθηκαν οι πρώτες μορφές ζωής είτε μετέφεραν τα δομικά υλικά της ζωής τα οποία βρήκαν στον πλανήτη μας το κατάλληλο περιβάλλον για να «συναρμολογηθούν» έτσι ώστε να δημιουργηθούν οι πρώτοι οργανισμοί. Η δεύτερη θεωρία αναφέρει ότι η ζωή γεννήθηκε στις υδροθερμικές πηγές που βρίσκονται στους πυθμένες των ωκεανών.

Ομάδα ερευνητών με επικεφαλής επιστήμονες της Σχολής Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου του Εδιμβούργου υποστηρίζει ότι είναι πιθανό η ζωή να… κυκλοφορεί στο Σύμπαν με τη λεγόμενη κοσμική σκόνη. Η κοσμική σκόνη ή διαστημική σκόνη αποτελείται από σωματίδια ύλης σε στερεά κατάσταση, που βρίσκονται στον πέρα από τη Γη διαστημικό χώρο. Η μέση διάμετρος αυτών των σωματιδίων κυμαίνεται από συσσωματώματα λίγων μορίων μέχρι 0,1 χιλιοστών. Η κοσμική σκόνη διακρίνεται με βάση τη θέση της σε διαγαλαξιακή, διαστρική ή μεσοαστρική, διαπλανητική και σκόνη που περιφέρεται γύρω από πλανήτες. Η διαπλανητική σκόνη είναι αυτή που βρίσκεται στον χώρο μεταξύ των πλανητών και σύμφωνα με τους ερευνητές είναι αυτή που μπορεί μεταφέρει όχι μόνο δομικά υλικά της ζωής αλλά και διάφορους μικροοργανισμούς όπως μικρόβια, σπόρους φυτών ή ακόμη και μικροσκοπικά ζώα όπως τα Βραδύπορα.

Τα Βραδύπορα είναι μικρά αρθρωτά ζώα συγγενικά με τα αρθρόποδα και έχει διαπιστωθεί ότι μπορούν να επιβιώνουν στις ακραίες και καθόλου φιλικές στη ζωή διαστημικές συνθήκες. Οι ερευνητές αναφέρουν ότι πρέπει να δεχτούμε ως δεδομένο ότι η διαπλανητική σκόνη είναι υπεύθυνη για την παρουσία της ζωής σε πολλούς πλανήτες και έτσι υπάρχει αυξημένη πιθανότητα ανάμεσα σε αυτούς να είναι και η Γη. 

Η θεωρία αυτή ενισχύει τη θεωρία των φυσαλίδων που είχε διατυπώσει πριν από λίγα χρόνια ομάδα διακεκριμένων επιστημόνων. Σύμφωνα με αυτήν, η ζωή σχηματίζεται, αναπτύσσεται και καλύπτει τον χώρο με τον ίδιο τρόπο που σχηματίζονται, αναπτύσσονται και καλύπτουν τον χώρο οι φυσαλίδες σε μια κατσαρόλα με νερό που βράζει. Στη συνέχεια διάφορα φυσικά φαινόμενα διασπείρουν τις φυσαλίδες (και τη ζωή) σε όλα τα μήκη και πλάτη ενός γαλαξία.

Έτσι κατά τους ερευνητές η ζωή μπορεί να εξαπλωθεί μέσα στο Σύμπαν πολύ πιο γρήγορα από ό,τι στην περίπτωση που η εμφάνισή της γίνεται κάθε φορά κάπου μεμονωμένα βάσει των τοπικών συνθηκών που επικρατούν στο σημείο όπου εμφανίζεται. Με βάση τη θεωρία τους οι ερευνητές εικάζουν ότι μπορεί μια τέτοια φυσαλίδα να έφτασε ως τη Γη και να μετέτρεψε τον πλανήτη μας σε έναν παράδεισο της ζωής. «Η ζωή μπορεί να μεταδίδεται από ένα αστρικό σύστημα σε ένα άλλο με έναν τρόπο παρόμοιο με το ξέσπασμα μιας επιδημίας. Θα μπορούσε έτσι κάποιος να πει ότι ο Γαλαξίας μας μπορεί να μολυνθεί κάποια στιγμή από πολλούς θύλακες που περιέχουν ζωή» αναφέρει ο Αβι Λεμπ του Κέντρου Αστροφυσικής Harvard-Smithsonian, εκ των επιστημόνων που διατύπωσαν τη συγκεκριμένη νέα θεωρία. Επειδή οι φυσαλίδες είναι μια ολίγον αφηρημένη έννοια θα μπορούσε κάποιος να πει ότι η διαπλανητική σκόνη της νέας θεωρίας αντιστοιχεί σε αυτές τις «φυσαλίδες». Ας ρίξουμε όμως μια ματιά και σε μερικές ακόμη ενδιαφέρουσες θεωρίες για την εμφάνιση της ζωής.

Οι καταιγίδες

Artist’s concept of the active young Sun 4 billion years ago. Its energy may have aided in creating molecules in the atmosphere of early Earth that allowed it to warm up enough to incubate life. Image credit: NASA / GSFC / CIL.

Επιστήμονες της NASA διατύπωσαν μια ενδιαφέρουσα και σίγουρα απρόσμενη θεωρία για την ύπαρξη της ζωής στον πλανήτη μας. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία το φιλικό για τη ζωή περιβάλλον στη Γη δημιούργησαν έντονες ηλιακές καταιγίδες!  Όταν σχηματίστηκε η Γη πριν από περίπου τέσσερα δισ. έτη ο Ήλιος βρισκόταν και αυτός σε νεαρή ηλικία και είχε πολύ μικρότερη φωτεινότητα από τη σημερινή. Αυτό σημαίνει ότι δεν παρείχε την απαραίτητη θερμότητα και ενέργεια στη Γη ώστε να μπορούν να αναπτυχθούν συνθήκες που να μπορούν να υποστηρίξουν την παρουσία της ζωής. Σύμφωνα όμως με τη νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Nature Geoscience» εκείνη την εποχή το μητρικό μας άστρο συγκλονιζόταν από συνεχείς εκρήξεις, γνωστές ως ηλιακές εκλάμψεις ή ηλιακές καταιγίδες.

Αυτές οι εκρήξεις εκτοξεύουν στο Διάστημα γιγάντιες ποσότητες ακτινοβολίας και φορτισμένων σωματιδίων. Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι αυτές οι έντονες ηλιακές καταιγίδες όχι μόνο αύξησαν τη θερμότητα στη Γη αλλά κυρίως παρείχαν την απαραίτητη ενέργεια ώστε να μετατρέψουν τα απλά μόρια που είχαν δημιουργηθεί στον πλανήτη σε σύνθετα και να κάνουν την εμφάνισή τους τα δομικά για τη ζωή υλικά RNA και DNA. 

Τα πετρώματα

New research into the 'deep biosphere' indicates that the first replicating life-forms on the planet may have originated deep underground. Getty

Ερευνητική ομάδα στις ΗΠΑ υποστήριξε πριν από λίγο καιρό ότι είναι πιθανό οι πρώτες αυτοαναπαραγόμενες μορφές ζωής στη Γη να δημιουργήθηκαν στο υπέδαφος και μάλιστα σε μεγάλα βάθη. Βασίζουν αυτή τους την εκτίμηση τους στον εντοπισμό μικροβιακών μορφών ζωής σε βάθος 5 χλμ.

Ερευνητές του Πολιτειακού Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν διεξήγαγαν αναλύσεις και μελέτες σε περιοχές της Γης που οι ειδικοί ονομάζουν «βαθιά βιόσφαιρα». Πρόκειται για περιοχές σε μεγάλα βάθη του πλανήτη. Ανακάλυψαν μικροβιακές μορφές ζωής που ζουν σε βάθη 5 χλμ. Εκτιμούν ότι τα μικρόβια αυτά ζουν αποκομμένα από τη βιόσφαιρα της επιφάνειας για εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια έτη. Τα μικρόβια που εντόπισαν οι ερευνητές αποτελούν μια ανεξάρτητη κοινότητα μικροβίων που δεν επικοινωνεί με εκείνες της... άνω βιοσφαίρας. Από τις αναλύσεις όμως διαπιστώθηκε ότι τα μικρόβια του... κάτω κόσμου έχουν γενετικές ομοιότητες με εκείνα που ζουν στην επιφάνεια της Γης, γεγονός που υποδεικνύει την ύπαρξη ενός κοινού προγόνου ο οποίος υπήρχε την περίοδο εμφάνισης της ζωής στη Γη. 

Nature produces hydrogen through 'serpentinisation.' When water meets the mineral olivine under pressure, the rock absorbs mostly oxygen atoms transforming olivine into serpentine. The complex network of fracturing also creates habitat for subsurface microbial communities.

Η θεωρία αυτή ενισχύει μια παρεμφερή που κερδίζει συνεχώς έδαφος στην επιστημονική κοινότητα. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, η ζωή στη Γη δημιουργήθηκε μέσα σε μικρές σχισμές υπόγειων πετρωμάτων. Κάποια είδη πετρωμάτων κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης μπορούν να παραγάγουν υδρογόνο και μεθάνιο. Με αυτά τα στοιχεία θα μπορούσαν να τροφοδοτούνται μικροβιακές μορφές ζωής και να μην έχουν έτσι ανάγκη την ενέργεια του Ηλίου. Φυσικά για τον σχηματισμό (και) των υπόγειων μορφών ζωής απαραίτητο συστατικό είναι το νερό. Οι θιασώτες αυτής της θεωρίας αναφέρουν ότι μικρές ποσότητες νερού που κύλησαν μέσα στις σχισμές των υπόγειων πετρωμάτων ήταν αρκετές για να συμβάλουν στη δημιουργία των «εναλλακτικών» μικροβίων.

Πηγές: Space dust collisions as a planetary escape mechanism. arxiv.org/abs/1711.01895  - https://www.nature.com/articles/ngeo2719 - http://www.tovima.gr/science/article/?aid=921034

Τα βαρυτικά κύματα και η προέλευση των μαύρων τρυπών. Gravitational waves could shed light on the origin of black holes

Οι ανιχνεύσεις βαρυτικών κυμάτων από συγχώνευσεις μαύρων τρυπών στις απομακρυσμένες περιοχές του σύμπαντος θα μπορούσαν να μας αποκαλύψουν την προέλευση των μαύρων τρυπών: προκύπτουν μόνο ως υπολείμματα μετά τον θάνατο των άστρων ή  υπάρχουν και αρχέγονες μαύρες τρύπες που σχηματίστηκαν στο πρώιμο σύμπαν από την απευθείας συσσώρευση βαρυονικής ύλης; The LIGO experiment has made several detections of colliding black holes. Future gravitational wave experiments might detect such events much further back in time, which could shed light on how black holes form. Credit: RUSSELL KIGHTLEY/SCIENCE PHOTO LIBRARY

Οι πρόσφατες ανακαλύψεις των βαρυτικών κυμάτων από συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών και άστρων νετρονίων έχουν οδηγήσει σε μια νέα εποχή της αστρονομίας. Πλέον μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τα δεδομένα των ανιχνευόμενων βαρυτικών κυμάτων για να διερευνήσουμε φαινόμενα που διαφορετικά θα παρέμεναν αόρατα. Θα μπορούσαμε, για παράδειγμα, να ρίξουμε φως στην προέλευση των μαύρων τρυπών.

Σύμφωνα με την καθιερωμένη θεωρία οι μαύρες τρύπες αποτελούν τα απομεινάρια του εντυπωσιακού φινάλε της ζωής των άστρων ως εκρήξεις σουπερνόβα, το οποίο σημαίνει ότι οι μαύρες τρύπες δεν θα μπορούσαν να έχουν σχηματιστεί νωρίτερα από τα πρώτα άστρα. 

Οι Σάββας Κουσιάππας του Πανεπιστημίου Brown και Abraham Loeb του Πανεπιστημίου Harvard βρήκαν τρόπο για να ελεγχθεί αυτή ιδέα κάνοντας θεωρητικούς υπολογισμούς για την αρχέγονη εποχή, στην οποία θα μπορούσαν να σχηματιστούν βαρυονικές μαύρες τρύπες από την απευθείας συσσώρευση βαρυονικής ύλης – της συνηθισμένης ύλης των άστρων και των πλανητών [Maximum Redshift of Gravitational Wave Merger Events].

Υποθέτοντας ότι ο σχηματισμός των μαύρων τρυπών ακολουθεί τον σχηματισμό των άστρων, οι ερευνητές υπολογίζουν τον ρυθμό με τον οποίο ανιχνεύονται οι συγκρούσεις μαύρων τρυπών σε μεγάλες ερυθρές μετατοπίσεις.

Διαπίστωσαν ότι για μια ερυθρά μετατόπιση z≥40 – όπου τα παρατηρούμενα αντικείμενα σχηματίστηκαν κατά τα πρώτα 65 εκατομμύρια χρόνια μετά την Μεγάλη Έκρηξη – ο ρυθμός των συγκρούσεων θα έπρεπε να έχει μειωθεί σε λιγότερο από μία ανά έτος. 

Τα βαρυτικά κύματα θα μπορούσαν να μας αποκαλύψουν την προέλευση των μαύρων τρυπών. Observations of black hole mergers in the very distant Universe could indicate whether all black holes form from stars. 

Αυτή η εποχή θα μπορεί να μελετηθεί από την επόμενη γενιά ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων. Εάν οι ανιχνευτές αυτοί διαπιστώσουν ότι οι μαύρες τρύπες συγχωνεύονταν συχνότερα από μία φορά το χρόνο κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, τότε σχηματίστηκαν τουλάχιστον μερικές μαύρες τρύπες πριν από τα άστρα: Αυτές είναι είτε αρχέγονα υπολείμματα του νηπιακού σύμπαντος είτε προϊόντα ασυνήθιστα πυκνών περιοχών που είναι πιο συχνά σε σχέση με τις προβλέψεις των τωρινών θεωρητικών μοντέλων. Η εύρεση αποδείξεων για την ύπαρξη των αρχέγονων μαύρων τρυπών θα μπορούσε να ρίξει φως στη φύση της σκοτεινής ύλης ή στην προέλευση της κοσμικής δομής στο πρώιμο Σύμπαν.