Nανοδιαμάντια και ανώμαλη εκπομπή μικροκυμάτων από μακρινά νεαρά άστρα. Nanodiamonds responsible for mysterious source of microwaves across the Milky Way

A faint and mysterious stream of microwaves emanating from young star systems far out in the Milky Way Galaxy could be caused by nanodiamonds about 1.5-2.2 nm in size, according to new research published in the journal Nature Astronomy. Nanodiamonds in the sky. Credit: S. Dagnello, NRAO/AUI/NSF

Εδώ και δεκαετίες οι αστρονόμοι αναρωτιούνται ποια είναι η πηγή των μυστηριωδών μικροκυμάτων που φθάνουν στη Γη από μακρινά συστήματα άστρων στο γαλαξία μας. Τώρα πιστεύουν ότι έχουν την «πολύτιμη» απάντηση: προέρχονται από μικροσκοπικά διαμαντάκια, τα οποία περιβάλλουν ως νέφος διαμαντόσκονης ορισμένα άστρα.

Η συγκεκριμένη ακτινοβολία, που έχει ονομαστεί «ανώμαλη εκπομπή μικροκυμάτων», προέρχεται από διάφορα σημεία του ουρανού, αλλά μέχρι τώρα ήταν άγνωστη η πηγή της.

Οι ερευνητές από τη Βρετανία, τις ΗΠΑ και τη Γερμανία, με επικεφαλής την αστρονόμο δρα Τζέην Γκριβς της Σχολής Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου του Κάρντιφ στην Ουαλία, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό αστρονομίας «Nature Astronomy», μελέτησαν εκτενώς -με τηλεσκόπια στις ΗΠΑ και την Αυστραλία- το υπέρυθρο φως που προέρχεται από πρωτοπλανητικούς δίσκους γύρω από άστρα.

Spinning pyramid-shaped nanodiamonds may solve a space mystery. Credit: Getty Images

Τελικά ταύτισαν τα εκπεμπόμενα μικροκύματα με τη διακριτή «υπογραφή» που έχουν οι μικροσκοπικοί κρύσταλλοι άνθρακα, γνωστοί και ως νανοδιαμάντια, που βρίσκονται στο εσωτερικό της σκόνης και των αερίων που περιβάλλουν τα νεογέννητα άστρα.

Αυτό το συνονθύλευμα σκόνης και αερίων αποτελεί τον πρωτοπλανητικό δίσκο, όπου αρχίζουν να σχηματίζονται σταδιακά οι πλανήτες γύρω από ένα άστρο. Ο καυτός αυτός δίσκος είναι γεμάτος οργανικά μόρια και παρέχει ιδανικές συνθήκες για τη δημιουργία νανοδιαμαντιών. Εκτιμάται ότι το 1% έως 2% του συνολικού άνθρακα σε ένα τέτοιο δίσκο μετατρέπεται σε νανοδιαμάντια.

Χάρη στην υψηλή ενέργεια που έχουν αυτά τα νανοδιαμάντια, καθώς περιστρέφονται με μεγάλη ταχύτητα στο εσωτερικό του πρωτοπλανητικού δίσκου, εκπέμπουν ακτινοβολία στο τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος που αντιστοιχεί στα μικροκύματα. Τέτοια νανοδιαμάντια, που το καθένα είναι εκατοντάδες χιλιάδες φορές μικρότερο από ένα κόκκο άμμου, έχουν συχνά βρεθεί και σε μετεωρίτες, οι οποίοι έχουν πέσει στη Γη, ενώ είναι δυνατό να παραχθούν και με βιομηχανικές μεθόδους.

«Γνωρίζαμε ότι κάποιου είδους σωματίδιο ευθύνεται γι’ αυτό το φως των μικροκυμάτων, αλλά η ακριβής πηγή αποτελούσε αίνιγμα από τότε που ανιχνεύθηκε για πρώτη φορά πριν περίπου 20 χρόνια. Με μια μέθοδο τύπου Σέρλοκ Χολμς, αποκλείσαμε όλες τις άλλες πιθανές αιτίες και με πολλή βεβαιότητα μπορούμε πλέον να πούμε ότι η πιθανότερη αιτία για τη δημιουργία αυτής της λάμψης μικροκυμάτων είναι η παρουσία νανοδιαμαντιών γύρω από νεαρά άστρα», δήλωσε η Γκριβς.

Πηγές: Anomalous microwave emission from spinning nanodiamonds around stars, Nature Astronomy (2018). DOI: 10.1038/s41550-018-0495-z - ΑΠΕ-ΜΠΕ

Τα όνειρα που ξεχνάμε είναι τα πιο σημαντικά. The dreams you forget are the most important for learning

Σαλβαδόρ Νταλί, Όνειρο που Προκλήθηκε από το Πέταγμα μιας Μέλισσας Γύρω από ένα Ρόδι ένα Δευτερόλεπτο πριν από το Ξύπνημα, 1944. Συνήθως θυμόμαστε τα πιο περιπετειώδη όνειρα που βλέπουμε κατά τη διάρκεια του ύπνου REM, όμως τα «άχρωμα» και αόριστα όνειρα που βλέπουμε όταν κοιμόμαστε βαθιά και έχουμε ξεχάσει το πρωί φαίνεται να βοηθούν περισσότερο στην παγίωση των αναμνήσεων. The effect of dream report collection and dream incorporation on memory consolidation during sleep.

Ο ύπνος είναι ζωτικής σημασίας όχι μόνο για την καλή λειτουργία του οργανισμού μας αλλά και για την «πρόοδό» μας, αφού φαίνεται να παίζει καθοριστικό ρόλο στο να μάθουμε καινούργια πράγματα κάνοντας κτήμα μας νέες πληροφορίες που αποκτούμε καθημερινά. Όλοι οι επιστήμονες πλέον συμφωνούν ότι μια διαδικασία καθοριστική για την παγίωση των αναμνήσεων - και κατ' επέκταση για τη μάθηση - είναι τα όνειρα που βλέπουμε όταν κοιμόμαστε. Πολλές πλευρές, ωστόσο, του πώς ακριβώς λειτουργεί αυτή η διαδικασία δεν είναι ακόμη γνωστές. Τώρα μια ομάδα επιστημόνων ανακάλυψε ότι ίσως τα πιο σημαντικά για την απόκτηση νέων γνώσεων είναι τα «βαρετά» και πεζά όνειρα που βλέπουμε κατά τη διάρκεια του βαθέος ύπνου και συνήθως δεν θυμόμαστε όταν ξυπνάμε.

Ονειρεύομαι και αρχειοθετώ

Odilon Redon, Still Life - The Dream, 1904

Σύμφωνα με την κρατούσα άποψη, κατά τη διάρκεια του ύπνου τμήματα των αναμνήσεών μας «ξαναπαίζονται» από τον εγκέφαλό μας και έτσι ενισχύονται και εγγράφονται καλύτερα στη μνήμη μας. Πολλοί ερευνητές έχουν υποστηρίξει ότι στα όνειρα βλέπουμε ακριβώς αυτό, την επεξεργασία από την οποία περνάνε οι αναμνήσεις για να «αρχειοθετηθούν» - μια διαδικασία μέσω της οποίας κατά κάποιον τρόπο ξαναζούμε τις αναμνήσεις μας σε ένα είδος εικονικής πραγματικότητας. Το γεγονός ότι τα όνειρά μας συχνά αποτελούνται από εμπειρίες τις οποίες βιώσαμε πρόσφατα, συνδυασμένες με εμπειρίες από την αυτοβιογραφική μας μνήμη, συνηγορεί υπέρ αυτής της άποψης. Παρ' όλα αυτά, τα εμπειρικά στοιχεία που τη στηρίζουν δεν είναι πολλά - δεν υπάρχουν δηλαδή πολλά στοιχεία που να δείχνουν μέσα από πειράματα ότι πληροφορίες που αποκτήσαμε μια συγκεκριμένη μέρα ενσωματώθηκαν στα όνειρά μας κατά τη διάρκεια της νύχτας.

Μέχρι πρόσφατα επίσης οι επιστήμονες θεωρούσαν ότι ονειρευόμαστε μόνο κατά τη διάρκεια του ύπνου REM (Rapid Eye Movement), ένα στάδιο το οποίο χαρακτηρίζεται από γρήγορες κινήσεις των ματιών. Όπως έδειξαν ωστόσο μελέτες πριν από δυο χρόνια, όνειρα προκύπτουν και κατά τη διάρκεια του μη REM (NREM) ύπνου - συνήθως σε στάδια βαθύτερου ύπνου από ό,τι ο REM και προς τις πρωινές ώρες. Όπως έχει διαπιστωθεί, τα όνειρα του ύπνου REM είναι πιο ζωντανά και «περιπετειώδη» - μοιάζουν με ιστορίες τις οποίες τείνουμε να θυμόμαστε και αφού ξυπνήσουμε, έστω και αποσπασματικά. Αντιθέτως τα όνειρα του ύπνου NREM είναι πολύ πιο απλά και αόριστα. Αν π.χ. ξυπνήσετε και θυμάστε ότι είδατε στον ύπνο σας ότι σας κυνηγούσε ένα λιοντάρι, το όνειρο αυτό προέκυψε κατά το στάδιο REM.

Ύπνος με διακοπές

Your strangest dreams may be the least useful. Mimi Haddon/Getty

Για να διερευνήσει περαιτέρω τον ρόλο του ύπνου στην παγίωση των αναμνήσεων ομάδα ερευνητών, με επικεφαλής τον Μπγιορν Ρας, καθηγητή στο Πανεπιστήμιο του Φρίμπουργκ στην Ελβετία, σχεδίασε ειδικά ένα πείραμα με 22 υγιείς εθελοντές, άνδρες και γυναίκες, ηλικίας 19 ως 35 ετών. Οι επιστήμονες ζήτησαν από τους συμμετέχοντες να μάθουν μια λίστα με 100 λέξεις, εκ των οποίων η καθεμία ήταν συνδεδεμένη με μια εικόνα - π.χ. η λέξη «δέντρο» συνδυαζόταν με την εικόνα ενός παιδιού που καθόταν σε μια καρέκλα. Το βράδυ οι εθελοντές κοιμήθηκαν υπό ελεγχόμενες συνθήκες στο εργαστήριο και ανά τακτά χρονικά διαστήματα οι ερευνητές τους ξυπνούσαν για να τους ρωτήσουν τι είχαν ονειρευτεί.

Το επόμενο πρωί, εξετάζοντας τις επιδόσεις των εθελοντών στον συνδυασμό των λέξεων με τις εικόνες, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι εκείνοι που είχαν δει περισσότερες από τις εικόνες της λίστας κατά τη διάρκεια του ύπνου μη REM τα πήγαν καλύτερα στα τεστ μνήμης. Κάτι αντίστοιχο δεν διαπιστώθηκε σε σχέση με τα όνειρα κατά τον ύπνο REM. Σε επόμενη φάση οι εθελοντές απομνημόνευσαν ένα καινούργιο σετ λέξεων-εικόνων και αφέθηκαν να κοιμηθούν - πάλι υπό ελεγχόμενες συνθήκες - ανενόχλητοι όλη τη νύχτα. Όταν το πρωί αφηγήθηκαν τα όνειρά τους στους ερευνητές, κανένας από αυτούς δεν θυμόταν να έχει ονειρευτεί κάποια από τις εικόνες του τεστ μνήμης.

Τα ευρήματα, τα οποία αναρτήθηκαν στην ηλεκτρονική πλατφόρμα επιστημονικών δημοσιεύσεων Biorxiv.org, είναι τα πρώτα τα οποία υποδηλώνουν ότι τα όνειρα που βλέπουμε κατά τη διάρκεια του μη REM ύπνου μπορεί να είναι πιο σημαντικά για την παγίωση των αναμνήσεων και τη μάθηση. Επίσης - και αυτός ήταν ένας στόχος των επιστημόνων - επιβεβαιώνουν ότι η μέθοδος του ξυπνήματος των εθελοντών ανά τακτά χρονικά διαστήματα προκειμένου να αφηγηθούν τα όνειρά τους, η οποία εφαρμόζεται ευρέως στις μελέτες για τα όνειρα, δεν επηρεάζει τη διαδικασία της παγίωσης των αναμνήσεων, παρά το γεγονός ότι έχει δυσμενείς επιπτώσεις στην ποιότητα του ύπνου.

Πηγές: https://www.biorxiv.org/content/early/2018/05/17/323667 - http://www.tovima.gr/science/article/?aid=990360