Άρης Τρίτσης: Ελληνική πρωτιά στην Αστροφυσική. European Astronomical Society’s MERAC Prize to Aris Tritsis

To Βραβείο MERAC της Ευρωπαϊκής Αστρονομικής Εταιρείας για την καλύτερη διδακτορική διατριβή απονέμεται στον θεωρητικό αστροφυσικό Άρη Τρίτση, ο οποίος «αφουγκράστηκε» τη μουσική της γέννησης των άστρων. The 2020 MERAC Prize for the Best PhD Thesis in Theoretical Astrophysics is awarded to Dr Aris Tritsis (Australian National University, Australia) for fundamental contributions to the physics of the interstellar medium and the process of star formation.

Δεν έχει υπάρξει άνθρωπος που έζησε πάνω στον πλανήτη Γη και δεν πέρασε έστω και λίγο χρόνο ατενίζοντας τον έναστρο ουρανό. Αυτόν που μας μαγεύει όταν είμαστε παιδιά και συνεχίζει να μας προκαλεί δέος με την απεραντοσύνη και την ομορφιά του μεγαλώνοντας. Και φυσικά από καιρού εις καιρόν κάποιοι από εμάς δεν αρκούνται στην ενατένιση. Περνούν στη δράση και προσπαθούν να αφουγκραστούν τα μυστικά του, να χαρτογραφήσουν τις μέχρι πρότινος απροσπέλαστες «γωνιές» του.

Για την αποκάλυψη θεμελιωδών παραμέτρων ενός διαστρικού νέφους, ο έλληνας θεωρητικός αστροφυσικός δρ Άρης Τρίτσης παίρνει το Βραβείο MERAC, το οποίο απονέμει η Ευρωπαϊκή Αστρονομική Εταιρεία για την καλύτερη διδακτορική διατριβή. Το βραβείο απονέμεται κάθε τρία χρόνια και αποτελεί την ύψιστη διάκριση της Ευρωπαϊκής Αστρονομικής Κοινότητας για σπουδές διδακτορικού επιπέδου. Έχει δε τη σημασία του να τονιστεί ότι ο δρ Τρίτσης, ο οποίος αυτή τη στιγμή συνεχίζει τις έρευνές του ως μεταδιδακτορικός υπότροφος στο Εθνικό Πανεπιστήμιο της Αυστραλίας, πραγματοποίησε τη διδακτορική διατριβή του επί ελληνικού εδάφους και ειδικότερα στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης και στο Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ) της Κρήτης. Το θέμα της διατριβής του, η οποία πραγματοποιήθηκε υπό την καθοδήγηση του καθηγητή Κωνσταντίνου Τάσση και ολοκληρώθηκε το 2017, αφορούσε την αστρογένεση και την αστροφυσική των διαστρικών νεφελωμάτων.

Μια ομάδα γεννιέται

Aris Tritsis (left), a postdoctoral student at the Australian National University. Konstantinos Tassis (right) of the University of Crete is a star formation specialist. IMAGE CREDIT: ARIS TRITSIS/UNIVERSITY OF CRETE.

Στην πραγματικότητα η τιμητική αυτή διάκριση δεν αποτελεί μεγάλη έκπληξη: όταν το 2018 δημοσιεύτηκαν τα αποτελέσματα της δουλειάς του δρος Τρίτση στην περίβλεπτη επιστημονική επιθεώρηση Science, η διεθνής επιστημονική κοινότητα τη χαιρέτισε ως το επίτευγμα που άνοιγε νέους δρόμους στην κατανόηση της αστρογένεσης. Οι ιθύνοντες μάλιστα της επιθεώρησης είχαν εκδώσει σχετικό δελτίο Τύπου προκειμένου να διαδώσουν τα ευρήματα της ελληνικής ερευνητικής ομάδας. Περιττό να πούμε ότι στη συνέχεια η είδηση καλύφθηκε εκτενώς από τα διεθνή μέσα ενημέρωσης.

Το άρθρο των Τρίτση και Τάσση είχε τίτλο «Magnetic Seismology of Interstellar Gas Clouds: Unveiling a Hidden Dimension» (Μαγνητική σεισμολογία διαστρικών νεφών αερίων: αποκαλύπτοντας μια κρυμμένη διάσταση) και προκειμένου να αντιληφθούμε τη σημασία του επικοινωνήσαμε τόσο με τους ίδιους όσο και με την αναπληρώτρια καθηγήτρια Βασιλική Παυλίδου και μέλος του Εργαστηρίου Αστροφυσικής, η οποία μάλιστα είχε καταλυτικό ρόλο στην προσέλκυση του μεταπτυχιακού τότε φοιτητή Άρη Τρίτση στην Κρήτη: «Ο Άρης είχε σπουδάσει Φυσική στο Πανεπιστήμιο των Ιωαννίνων και είχε ολοκληρώσει τις μεταπτυχιακές σπουδές του στην Αστροφυσική στο University College του Λονδίνου, όταν συναντηθήκαμε στη Γερμανία και ειδικότερα στο Ινστιτούτο Μαξ Πλανκ στη Βόννη. Εκείνος αναζητούσε εργαστήριο για τη διδακτορική διατριβή του και ήλπιζε να το βρει στη Βόννη και να εστιάσει στην Κοσμολογία» μας είπε η κυρία Παυλίδου και πρόσθεσε: «Περαιτέρω όμως επικοινωνία μαζί μας τον οδήγησε στο να πραγματοποιήσει ένα ταξίδι στην Κρήτη κατά τη διάρκεια του οποίου αποφάσισε ότι είχε βρει το εργαστήριο που έψαχνε. Ομοίως, και εμείς, τα υπόλοιπα μέλη του εργαστηρίου, αισθανθήκαμε από την αρχή ότι ο Άρης έδενε αρμονικά με την ομάδα μας».

Θεμελιώδη ερωτήματα

Orion Molecular Cloud Complex, dominated in the center of this view by the brilliant Flame nebula (NGC 2024). The smaller, glowing cavity falling between the Flame nebula and the Horsehead is called NGC 2023. IMAGE CREDIT: NASA/JPL-CALTECH.

Η ερευνητική ομάδα, η οποία είχε μόλις σχεδόν συσταθεί (παρότι η κυρία Παυλίδου είχε εκλεγεί στο Τμήμα Φυσικής από το 2010 και ο κ. Τάσσης από το 2011, όλες οι προσλήψεις είχαν ανασταλεί λόγω της οικονομικής κρίσης – έτσι, το εργαστήριο άρχισε να λειτουργεί στα τέλη του 2013, όταν επιτέλους κατέστη δυνατή η πρόσληψή τους), εστίαζε το ενδιαφέρον της στη γέννηση των άστρων. Τι καθορίζει άραγε τον αριθμό και το είδος των άστρων που γεννιούνται στον Γαλαξία μας; Αυτό το θεμελιώδες και βασανιστικό ερώτημα το οποίο απασχολεί διαχρονικά τους αστροφυσικούς ήταν στο κέντρο των αναζητήσεων της ερευνητικής ομάδας. «Τα άστρα και οι πλανήτες δημιουργούνται μέσα σε πυκνά διαστρικά νέφη αερίων στα οποία κυριαρχεί το μοριακό υδρογόνο. Ποιες είναι όμως οι δυνάμεις που αναπτύσσονται εκεί; Ποιες είναι οι κυρίαρχες; Είναι τα μαγνητικά πεδία; Η αντίσταση στη βαρύτητα; Και τι συμβαίνει όταν κυριαρχεί η μία ή η άλλη; Τέτοιου είδους ερωτήματα μας απασχολούν» εξήγησε η κυρία Παυλίδου και πρόσθεσε: «Η Φυσική της Αστρογένεσης έχει άμεσο αντίκτυπο στο σχήμα των νεφών. Έτσι, αν γνωρίζουμε το σχήμα του νέφους, μπορούμε να εξαγάγουμε πολύτιμα συμπεράσματα σχετικά με τις φυσικές διεργασίες που κυριαρχούν στη γένεση των άστρων του».

Εύκολο να το λέει κανείς, αλλά στην πράξη εξαιρετικά δύσκολο, καθώς όταν οι επιστήμονες παρατηρούν τα διαστρικά νέφη, αυτό που στην πραγματικότητα βλέπουν είναι μόνο οι δυσδιάστατες προβολές τους. Στην ουσία βλέπουν μόνο τις δύο από τις τρεις διαστάσεις τους και αυτή η άγνοια της τρίτης διάστασης (του βάθους ενός διαστρικού νέφους) συνεπάγεται και άγνοια του σχήματός του. Όχι όμως πλήρη: «Γνωρίζουμε ότι η βαρύτητα προσπαθεί να συμπυκνώσει τα νέφη και να φτιάξει αστέρια, όμως κάτι αντιστέκεται  – αλλιώς όλο το αέριο του Γαλαξία θα είχε ήδη γίνει άστρα. Δύο είναι οι υποψήφιοι γι’ αυτόν τον ρόλο: το μαγνητικό πεδίο του Γαλαξία και η τύρβη. Νέφη-τηγανίτες προκύπτουν σε περιοχές με ισχυρό μαγνητικό πεδίο, ενώ νηματοειδή νέφη προκύπτουν σε περιοχές με ισχυρή τύρβη» εξήγησε ο κ. Τάσσης.

Νηματοειδές ή τηγανίτα;

This snakelike gas cloud (center dark area) in the constellation Musca resembles a skinny filament. But it’s actually a flat sheet that extends about 20 light-years into space away from Earth, an analysis finds. IMAGE CREDIT: IVAN EDER

Το διαστρικό νέφος με το όνομα Musca επέλεξε να μελετήσει ο Άρης Τρίτσης για τη διδακτορική διατριβή του. Επρόκειτο για ένα νηματοειδές νέφος, ένα νέφος δηλαδή στο οποίο η επικρατούσα δύναμη όφειλε να είναι η τύρβη. Μόνο που στην πορεία ανακάλυψε ότι το Musca δεν ήταν καθόλου νηματοειδές! Αντιθέτως ήταν ένα πεπλατυσμένο νέφος, ένα νέφος-τηγανίτα στο οποίο επικρατούσαν ισχυρά μαγνητικά πεδία.

Αν φέρουμε μια τηγανίτα μπροστά στα μάτια μας και την κρατήσουμε με το επίπεδό της παράλληλο προς το έδαφος, αυτό που θα δούμε είναι μια γραμμή, ένα νήμα. Θα χρειαστεί να την παρατηρήσουμε υπό γωνία για να αντιληφθούμε το πραγματικό της σχήμα. Αλλά οι αστροφυσικοί δεν μπορούν να μετακινήσουν τα νέφη! Ετσι, προσπαθούν να εξάγουν συμπεράσματα για το σχήμα τους κάνοντας μετρήσεις φυσικών παραμέτρων, όπως παραδείγματος χάριν είναι η συχνότητα των μαγνητικών κυμάτων που παγιδεύονται σε αυτά. Η επιλογή του Musca, ενός απομονωμένου νέφους στον νότιο ουρανό, δεν ήταν τυχαία: αφενός η απομόνωση ευνοεί την παγίδευση των κυμάτων και αφετέρου πρόκειται για ένα από τα λιγότερο χαοτικά νέφη καθώς αν το παρατηρήσει κανείς προσεκτικά φαίνεται να διασχίζεται από ραβδώσεις. Οπτικά δηλαδή παραπέμπει σε ύφασμα κοτλέ! Σε προηγούμενη εργασία τους οι Τρίτσης και Τάσσης είχαν δείξει ότι οι ραβδώσεις αυτές δημιουργούνται όταν διαδίδονται κύματα μαγνητικής πίεσης. Μόνο που στην περίπτωση του Musca τα κύματα δεν μπορούσαν να διαφύγουν από τα όρια του νέφους και έτσι δημιουργούσαν στάσιμα κύματα με αρμονικές συχνότητες.

Αστρική μουσική συμφωνία

Το διαστρικό μοριακό νέφος Musca: Μία μουσική συμφωνία στο Γαλαξία μας.

Ο υπολογισμός και η ανάλυση των συχνοτήτων των κυμάτων αυτών κατέδειξαν ότι ολόκληρο το νέφος Musca δονείται. Οι δονήσεις όμως είναι ήχος, είναι μουσική. Με άλλα λόγια, οι έλληνες ερευνητές είχαν ακούσει τη μουσική που παιζόταν στο νεφέλωμα Musca! Αλλά τι μπορούσε να μας πει αυτή η μουσική για το σχήμα του; Αυτός ακριβώς ήταν ο κόμπος που έπρεπε να λυθεί! Και δεν ήταν καθόλου εύκολο καθώς δεν υπήρχε σημείο αναφοράς. Όταν εμείς ακούμε ένα μουσικό όργανο μπορούμε να καταλάβουμε αν η μουσική προέρχεται από ένα έγχορδο ή ένα κρουστό. Αντιλαμβανόμαστε τη χορδή μιας κιθάρας και την ξεχωρίζουμε από το τύμπανο γιατί έχουμε ξανακούσει κιθάρα και τύμπανο. Οι έλληνες ερευνητές όμως ήταν οι πρώτοι στην ιστορία της ανθρωπότητας που άκουσαν την «αστρική μουσική»! Και ο Άρης Τρίτσης βάλθηκε να πάει πέρα από τις νότες, να αναζητήσει τη γενεσιουργό αιτία τους.

Η συγκεκριμένη φάση της διερεύνησης περιελάμβανε πολύ κόπο και μεγάλη επιμονή. Και βεβαίως όλα έγιναν με τη βοήθεια υπολογιστών. «Ο Άρης έτρεξε έναν πολύ μεγάλο αριθμό προσομοιώσεων, μεταβάλλοντας κάθε φορά τις παραμέτρους, προκειμένου να είναι βέβαιος για το αποτέλεσμα» μας είπε η κυρία Παυλίδου. Η ανάλυση λοιπόν των αρμονικών συχνοτήτων που είχαν προκύψει από τις μετρήσεις έδειξαν, στα μοντέλα προσομοίωσης που δημιούργησε ο υποψήφιος τότε διδάκτορας Άρης Τρίτσης, ότι ήταν συμβατές με ένα νεφέλωμα-τηγανίτα και όχι με κυλινδρικό νεφέλωμα, γεγονός που έφερε τα πάνω κάτω στην αστρονομία.

Νέα αρχή για την αστρονομία

Το Musca, ένα απομονωμένο σύννεφο στον νότιο ουρανό, είναι ένα από τα λιγότερο χαοτικά νέφη που έχουν παρατηρηθεί. Η πυκνή δομή του Musca - το μέρος όπου εν τέλει θα γεννηθούν αστέρια και πλανήτες - περιβάλλεται από ημιπεριοδικούς νημοτοειδής σχηματισμούς που ονομάζονται “ραβδώσεις”. Οι Άρης Τρίτσης και Κωνσταντίνος Τάσσης είχαν βρει σε προηγούμενη εργασία ότι οι ραβδώσεις αυτές δημιουργούνται εξαιτίας της διάδοσης κυμάτων μαγνητικής πίεσης. Στην περίπτωση του απομονωμένου Musca όμως τα κύματα αυτά παγιδεύονται δημιουργώντας έτσι στάσιμα κύματα με αρμονικές συχνότητες. Εικόνα: Το νέφος Musca διαγράφεται ως ένας φωτεινός κύλιδρος στο υπέρυθρο. Η παραπάνω εικόνα είναι από το διαστημικό τηλεσκόπιο Herschel του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος.

«Η ανακάλυψη αρμονικών συχνοτήτων στο μοριακό νεφέλωμα Musca είχε εξαιρετικά μεγάλο αντίκτυπο στην επιστημονική κοινότητα. To Musca θεωρούνταν για πολύν καιρό το πρότυπο νηματοειδούς νέφους – η προβολή του στον ουρανό μοιάζει πραγματικά με βελόνα! Και όμως, οι αρμονικές συχνότητές του έδειξαν – προς μεγάλη έκπληξη όλων – ότι έχει σχήμα τηγανίτας, απλώς τυχαίνει να το βλέπουμε από τη λεπτή του πλευρά. Αυτό άλλαξε ριζικά τον τρόπο που κατανοούμε τόσο το Musca όσο και τους μηχανισμούς που επικρατούν στη διαδικασία της αστρογένεσης. Το ότι το Musca είναι τηγανίτα υποδεικνύει ότι το μαγνητικό του πεδίο είναι πιο σημαντικό από την τύρβη. Αν και σε άλλες περιοχές έχουμε τηγανίτες «μασκαρεμένες» σε νήματα, ίσως αυτό να ισχύει στις περισσότερες περιοχές του Γαλαξία» εξήγησε ο κ. Τάσσης.

Εικόνα: Μια υπολογιστική προσομοίωση του νέφους Musca, η οποία πραγματοποιήθηκε στο Metropolis HPC Facility του Κέντρου Κβαντικής Πολυπλοκότητας και Νανοτεχνολογίας (CCQCN) του Πανεπιστημίου Κρήτης Με τη χρωματική κλίμακα απεικονίζεται η  πυκνότητα του αερίου που απαρτίζει το νέφος. Οι μαύρες γραμμές που το διαπερνούν σχεδόν κάθετα στο επίπεδό του είναι οι δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου.

Τα παραπάνω ήταν μόνο η αρχή: ο Τρίτσης προσομοίωσε με ακρίβεια που δεν είχε ποτέ πριν επιτευχθεί τις χημικές αντιδράσεις στο εσωτερικό των νεφών και ανέπτυξε ένα σύστημα προσομοίωσης της διάδοσης της ακτινοβολίας μέσα από το αέριο των νεφελωμάτων το οποίο επιτρέπει να προβλεφθούν με ακρίβεια οι παρατηρήσιμες ιδιότητες κάθε θεωρητικού μοντέλου της διαδικασίας της αστρογένεσης μέσα σε τέτοια νεφελώματα.

Συνεχίζοντας δε το έργο που άρχισε στην Κρήτη, κατά τη διάρκεια της μεταδιδακτορικής του υποτροφίας στην Αυστραλία, ανέπτυξε μια νέα μέθοδο για τη μέτρηση μαγνητικών πεδίων στον Γαλαξία μας, την οποία χρησιμοποιεί για να πραγματοποιήσει μια τρισδιάστατη χαρτογράφηση των πεδίων αυτών. «Ένας τέτοιος χάρτης θα έχει πλήθος διαφορετικών εφαρμογών στην Αστροφυσική» εκτιμά ο κ. Τάσσης ο οποίος κλείνοντας σημείωσε: «Η πηγαία δημιουργικότητα και σταθερή αποφασιστικότητα του Άρη μάς έφερε σε αυτό το καταπληκτικό αποτέλεσμα, και είναι πραγματικά απολαυστικό να μοιράζεσαι μια τόσο αναπάντεχη και σημαντική ανακάλυψη με έναν ερευνητή στην αρχή ακόμη της καριέρας του και να ξέρεις ότι έχει ένα λαμπρό μέλλον με πολλές ακόμη ανακαλύψεις μπροστά του».

«Πιστεύω στα ελληνικά πανεπιστήμια»

Δεν μπορέσαμε να μη ρωτήσουμε τον Άρη Τρίτση για την απόφασή του να προτιμήσει την Ελλάδα για τη διδακτορική διατριβή του ενώ θα μπορούσε να έχει μείνει στο εξωτερικό. Ιδού η απάντησή του: «Νομίζω πως η γενικότερη αντίληψη ότι τα ελληνικά πανεπιστήμια υστερούν έναντι των πανεπιστημίων και ερευνητικών κέντρων του εξωτερικού είναι εσφαλμένη. Ειδικά στο Πανεπιστήμιο Κρήτης και το ΙΤΕ το υψηλό επίπεδο έρευνας που εκπονείται είναι η καλύτερη διαφήμιση και προσελκύει όχι μόνο ερευνητές και διδακτορικούς φοιτητές, όπως ήμουν εγώ, αλλά και σημαντικές διεθνείς συνεργασίες. Τέτοιες συνεργασίες, που στοχεύουν να δώσουν απαντήσεις σε θεμελιώδη, αναπάντητα ερωτήματα της Φυσικής και της Αστρονομίας, συντονίζονται αυτή τη στιγμή από τα μέλη του καινούργιου Ινστιτούτου Αστροφυσικής του Πανεπιστήμιου Κρήτης. Ένας επιπλέον παράγοντας για τον οποίο διάλεξα να κάνω τη διδακτορική μου διατριβή στην Ελλάδα ήταν πως πιστεύω στα ελληνικά πανεπιστήμια και ήθελα να συνεισφέρω σε αυτά με την έρευνά μου. Καθότι το Πανεπιστήμιο Κρήτης είναι σταθερά πρώτο στις λίστες κατάταξης μεταξύ των ελληνικών πανεπιστημίων, ήταν και η προφανής επιλογή. Τέλος, ως διδακτορικός φοιτητής στο Τμήμα Φυσικής, είχα τη συνεχή στήριξη των συναδέλφων και καθηγητών μου και ένιωθα ότι άνηκα σε μια μεγάλη επιστημονική οικογένεια. Το μεράκι αυτής της πανεπιστημιακής κοινότητας ήταν και είναι αυτό που αντισταθμίζει τις όποιες ελλείψεις που μπορεί να υπάρχουν σε πόρους και υποδομές».

Παράδοση αριστείας

Η βράβευση του Άρη Τρίτση έρχεται να συνεχίσει μια παράδοση σημαντικών διεθνών επιτυχιών των φοιτητών της ομάδας Αστροφυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης και του Ινστιτούτου Αστροφυσικής του ΙΤΕ. «Ο Γιάννης Λιοδάκης, που ολοκλήρωσε το διδακτορικό του το 2017 υπό την επίβλεψη της κυρίας Παυλίδου, μελέτησε τη φυσική των πιδάκων ύλης που εκτοξεύονται από τις μεγαλύτερες μαύρες τρύπες στο Σύμπαν. Τιμήθηκε με το βραβείο καλύτερης διδακτορικής διατριβής από την Ελληνική Αστρονομική Εταιρεία το 2017 και με τη μεταδιδακτορική υποτροφία του Ινστιτούτου Αστροσωματιδιακής Φυσικής και Κοσμολογίας του Πανεπιστημίου Stanford στις ΗΠΑ» μας είπε ο κ. Τάσσης και πρόσθεσε: «Και η δική μου φοιτήτρια, Τζίνα Πανοπούλου, που ολοκλήρωσε το διδακτορικό της το 2017, μελέτησε την τεχνική της μαγνητικής τομογραφίας – τεχνική που βρίσκεται στην καρδιά του πειράματος PASIPHAE που τρέχουμε στην Κρήτη και στη Νότιο Αφρική για να αποκαλύψουμε τις πρώτες στιγμές του Σύμπαντος. Τιμήθηκε με το βραβείο καλύτερης διδακτορικής διατριβής από τη Διεθνή Αστρονομική Ένωση το 2017 και μετακινήθηκε στο Caltech των ΗΠΑ, ενώ το 2019 έλαβε τη μεταδιδακτορική υποτροφία Hubble της NASA, την πλέον περίβλεπτη μεταδιδακτορική υποτροφία Αστροφυσικής».

Πηγές: Tritsis, A. and Tassis, K (2018) Magnetic seismology of interstellar gas clouds: Unveiling a hidden dimension, Science, 360(6389), 635-638. DOI: 10.1126/science.aao1185 - https://eas.unige.ch/merac_prizes.jsp - https://eas.unige.ch/documents/eas_prizes_2020.pdf - https://www.physics.uoc.gr/en/node/1638 - https://www.forth.gr/index_main.php?c=28&l=e&i=1683&y=&in= - https://www.tovima.gr/2020/03/11/science/aris-tritsis-elliniki-protia-stin-astrofysiki/