Νέα προσομοίωση της εξέλιξης του σύμπαντος. New simulation could shed light on dark energy and expansion of the universe

Για πρώτη φορά ένα πρόγραμμα προσομοίωσης της εξέλιξης του σύμπαντος χρησιμοποιεί στους υπολογισμούς του εξισώσεις από τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν κι όχι την Νευτώνεια θεωρία της βαρύτητας. While many models of the universe currently exist, simulations are typically based on those built on Newton’s theory of gravity. The new tool, however, is based on Einstein’s theory of general relativity. Photograph: William Radcliffe/Science Faction/Corbis

Οι αριθμητικές προσομοιώσεις είναι χρήσιμα εργαλεία που μας δίνουν πληροφορίες σχετικά με τον σχηματισμό και την περίπλοκη εξέλιξη των μεγάλων δομών στο σύμπαν μας. Αυτή η διαδικασία  διέπεται κυρίως από τη βαρύτητα, η οποία είναι η κυρίαρχη δύναμη σε μεγάλες κλίμακες.

Μέχρι σήμερα, έναν  αιώνα μετά τη διατύπωση της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, τα υπολογιστικά προγράμματα που προσομοιώνουν τον σχηματισμό των κοσμικών δομών εξακολουθούν να χρησιμοποιούν την Νευτώνεια βαρύτητα. Αυτή η προσέγγιση βασίζεται σε δυο υποθέσεις: ότι τα βαρυτικά πεδία είναι ασθενή και ότι οφείλονται μόνο σε μη σχετικιστική ύλη. Ενώ η πρώτη υπόθεση φαίνεται να είναι απόλυτα δικαιολογημένη στις κοσμολογικές κλίμακες, η δεύτερη επιβάλλει περιορισμούς στην φύση των «σκοτεινών» συνιστωσών του σύμπαντος  (σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια), οι οποίες είναι ελάχιστα κατανοητές.

Οι ερευνητές Adamek et al στην εργασία τους με τίτλο «General relativity and cosmic structure formation» παρουσιάζουν τις πρώτες προσομοιώσεις σχηματισμού και εξέλιξης των κοσμικών δομών, χρησιμοποιώντας εξισώσεις που προέρχονται από τη γενική σχετικότητα. Μελετούν λεπτομερώς τις μικρές σχετικιστικές επιπτώσεις στο πλαίσιο του καθιερωμένου κοσμολογικού προτύπου ΛCDM, οι οποίες δεν μπορούν να προκύψουν μέσα σε ένα καθαρά Νευτώνειο πλαίσιο.

Supplementary videos from the paper "General relativity and cosmic structure formation," authored by Julian Adamek, David Daverio, Ruth Durrer & Martin Kunz, published in Nature Physics (2016) doi:10.1038/nphys3673.

Με βάση τη γενική θεωρία της σχετικότητας, κατασκευάστηκε ένα νέο πρόγραμμα – ονομάζεται «gevolution» – που προσομοιώνει με μεγαλύτερη ακρίβεια την εξέλιξη του σύμπαντος. Επιτρέπει τον υπολογισμό μικρών αποκλίσεων από την Νευτώνεια βαρύτητα, κάτι που δεν κατάφερε καμία προσομοίωση μέχρι σήμερα και θα μπορούσε να ρίξει φως στη σκοτεινή ενέργεια, η οποία καθοδηγεί την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος.

Το λογισμικό του προγράμματος είναι ένα εντυπωσιακό έργο, αλλά τα αποτελέσματα της προσομοίωσης μέχρι στιγμής, δεν προσφέρουν σημαντικές αλλαγές στην κατανόηση της εξέλιξης του σύμπαντος. Όταν όμως στην προσομοίωση προστεθούν τα νέα δεδομένα για τις κοσμικές δομές που αναμένονται, π.χ. από τον δορυφόρο «Ευκλείδη» της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος, τότε ο κώδικας gevolution θα βοηθήσει στους ερευνητές να εμβαθύνουν στη φύση της σκοτεινής ενέργειας, της σκοτεινής ύλης και την εξέλιξη του σύμπαντος.

Πηγές: www.nature.com – theguardian.com

H κοπή του κρέατος μας έκανε… ανθρώπους. Slicing Meat Helped Shape Modern Humans

Όταν οι μακρινοί μας πρόγονοι κατάφεραν να βρουν τρόπο να κόβουν την τροφή τους σε μικρότερα κομμάτια πυροδότησαν την εξέλιξη του ανθρώπινου είδους. Άλλαξε την ανατομία του προσώπου και εγκεφάλου ενώ διευκόλυνε την κατανάλωση θρεπτικής τροφής. A recreation of how early humans managed to eat a diet of meat hundreds of thousands of years before they had fire to cook it with, shows an ingenious use of tools to cut down on chewing time. Simple stone tools may have allowed early Homo to start eating meat and root vegetables, even before cooking became common. Credit: The Natural History Museum/Alamy

Το μάσημα του ωμού κρέατος σε κομματάκια μετά την εφεύρεση των λίθινων εργαλείων είναι ο καθοριστικός παράγοντας που διευκόλυνε την κατανάλωση θρεπτικής τροφής, σμίκρυνε το πρόσωπο και τα δόντια των προγόνων μας και, τελικά, μέσα από αυτήν την αλλαγή στην ανατομία του προσώπου, διευκόλυνε την εξέλιξη της ανθρώπινης γλώσσας και του εγκεφάλου.

Το μασούλημα

Humans have evolved to have much smaller teeth than apes because they no longer have to chew food so much.

Στο παραπάνω συμπέρασμα κατέληξε μια νέα αμερικανική επιστημονική έρευνα, σύμφωνα με την οποία δεν ήταν το μαγείρεμα ο παράγοντας-κλειδί για την ανθρώπινη εξέλιξη (όπως προτείνουν πολλοί ειδικοί), αλλά το πιο εύκολο...μασούλημα του κομμένου ωμού κρέατος σε σχέση με τα ωμά φυτά.

Chimpanzee skull (top), A. afarensis jaws (center) and human jaws. It's likely that tool use and meat-eating reduced the evolutionary pressure to have big, powerful jaws and sharp teeth, the researchers behind a new Nature study say. Credit: John Reader/Science Source

Έτσι, οι άνθρωποι έπαψαν να περνάνε όλη τη μέρα τους μασουλώντας, όπως κάνουν μέχρι σήμερα οι στενότεροι συγγενείς μας, οι χιμπατζήδες που μασάνε τουλάχιστον έξι ώρες. Συγκριτικά, οι σημερινές πρωτόγονες ανθρώπινες φυλές μασάνε περίπου το 5% της μέρας (1.2 ώρες), ενώ οι πολιτισμένοι μερικά μόνο λεπτά μέσα στο 24ωρο (με εξαιρέσεις βεβαίως!).

Η μελέτη

Stone Age hunters track a Glyptodon, a species that was eventually hunted to extinction. Credit: Heinrich Harder/Wikimedia

Ερευνητές του Πανεπιστημίου Χάρβαρντ, με επικεφαλής τον καθηγητή εξελικτικής ανθρωπολογίας Ντάνιελ Λίμπερμαν, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Nature», εκτιμούν ότι το μαγείρεμα εμφανίσθηκε πριν από ένα εκατομμύριο χρόνια και έγινε συνήθεια περίπου πριν από 500.000 χρόνια.

Όμως ήδη πριν από τουλάχιστον δύο εκατομμύρια χρόνια ο «Όρθιος Άνθρωπος» (Homo erectus) είχε αναπτύξει μικρότερα σαγόνια και δόντια, πιο αδύναμους μυς για μάσημα της τροφής και μικρότερο έντερο για την πέψη. Θεωρείται σίγουρο ότι πριν από 2.5 εκατ. χρόνια οι πρόγονοί μας έτρωγαν συχνά ωμό κρέας.

Όλες αυτές οι αλλαγές, κατά τη νέα μελέτη, μπορούν να αποδοθούν στο ότι κάποια στιγμή οι άνθρωποι άρχισαν να τρώνε μικρότερες ποσότητες πιο θρεπτικού φαγητού. Και αυτό -πολύ πριν το μαγείρεμα της τροφής- κατέστη δυνατό, επειδή οι πρόγονοί μας κατάφεραν, με τη βοήθεια των εργαλείων, να κόβουν σε κομμάτια το ωμό κρέας και έτσι να μασάνε μικρότερες μπουκιές και πιο εύκολα. Επίσης, με τα εργαλεία τους και το...κοπάνημα μπορούσαν να κάνουν μια υποτυπώδη επεξεργασία των φυτών.

Τα πειράματα

Our ancestors had much larger jaws which would have made language difficult.

Οι ερευνητές επιβεβαίωσαν τη θεωρία τους κάνοντας πειράματα συγκριτικού...μασουλήματος, βάζοντας εθελοντές να μασάνε ωμό κρέας κατσίκας (που είναι πολύ σκληρό) ή ωμά λαχανικά (καρότα, παντζάρια, γλυκοπατάτες). Ηλεκτρόδια με αισθητήρες στο πρόσωπο των εθελοντών κατέγραφαν τη μϋική δύναμη που κατέβαλαν για να μασήσουν.

Αποδείχθηκε ότι η ωμή κατσίκα απαιτεί 39% λιγότερο μάσημα και 46% λιγότερη μυική δύναμη, από ό,τι το μάσημα των ωμών λαχανικών. Όταν όμως το κρέας κοβόταν σε μικρά κομματάκια, τα πράγματα βελτιώνονταν ακόμη περισσότερο υπέρ του κρέατος.

Σύμφωνα με την μελέτη, αν το ένα τρίτο της διατροφής των προγόνων μας αποτελείτο από κομματάκια ωμού κρέατος και τα δύο τρίτα από κοπανημένα φυτά, οι προϊστορικοί άνθρωποι θα χρειάζονταν να μασάνε 17% λιγότερο συχνά και 26% λιγότερο δυνατά.

Όπως είπε ο Λίμπερμαν, «το κρέας απαιτεί μικρότερη μυϊκή δύναμη για το μάσημά του ανά θερμίδα από ό,τι τα σκληρά φυτά που θα υπήρχαν στην εποχή των προγόνων μας. Η αναποτελεσματικότητα των δοντιών να κόψουν το ωμό κρέας θα είχε περιορίσει την κατανάλωσή του, ώσπου εφευρέθηκαν τα εργαλεία πριν από περίπου 3,3 εκατομμύρια χρόνια».

Έκρηξη δυαδικού συστήματος «γέννησε» το ηλιακό μας σύστημα! Dust grains could be remnants of stellar explosions billions of years ago

Εντυπωσιακό εύρημα σε μετεωρίτη ρίχνει φως στην κοσμική καταγωγή μας. Microscopic dust particles have been found in meteoritic material on Earth, particles that were likely formed in stellar explosions that occurred long before the creation of our star, the sun. Whether some of these particles of stardust, known as 'pre-solar grains,' came from classical nova explosions is the focus of ongoing experimental nuclear physics research. Credit: Michigan State University

Ένα πραγματικά εξαιρετικά ενδιαφέρον εύρημα υποστηρίζουν ότι εντόπισαν επιστήμονες του Πολιτειακού Πανεπιστημίου του Μίτσιγκαν. Στην επιθεώρηση «Physical Review Letters» αναφέρουν ότι μελετώντας τα απομεινάρια ενός μετεωρίτη εντόπισαν μικροσκοπικά σωματίδια τα οποία οι ειδικοί έχουν ονομάσει «προ-ηλιακούς κόκκους». Οι ερευνητές εκτιμούν ότι τα σωματίδια που εντόπισαν στον μετεωρίτη προέρχονται από μια έκρηξη σουπερνόβα που συνέβη σε ένα δυαδικό σύστημα, σε ένα ζεύγος αστέρων δηλαδή.

Εικάζουν ότι η έκρηξη αυτή εκτόξευσε στο Διάστημα κοσμική ύλη η οποία αποτέλεσε στη συνέχεια το δομικό υλικό από το οποίο σχηματίστηκε το ηλιακό μας σύστημα. «Έχουμε να κάνουμε εδώ μια διαδικασία ανακύκλωσης. Όταν τα άστρα πεθαίνουν εκτοξεύουν ύλη στην μορφή σκόνης και αερίων. Η ύλη αυτή στη συνέχεια ανακυκλώνεται δημιουργώντας τις επόμενες γενιές άστρων και πλανητών» αναφέρει ο Κρίστοφερ Ριντ, εκπρόσωπος της ερευνητικής ομάδας.

Πηγή: Michigan State University

Το Σινικό Τείχος του Σύμπαντος! Billion-light-year galactic wall may be largest object in cosmos

Εντοπίστηκε ένα γιγάντιο σμήνος γαλαξιών με έκταση ενός δισ. ετών φωτός. Astronomers peering into the distant universe have discovered the BOSS Great Wall, a vast superstructure of 830 galaxies that is a billion light years across. The universe is a web of giant clusters of matter surrounding empty voids. Credit: Volker Springel/Max Planck Institute For Astrophysics/SPL

Επιστήμονες του Ινστιτούτου Αστροφυσικής των Καναρίων Νήσων ανακάλυψαν την μεγαλύτερη κοσμική δομή που έχει εντοπιστεί μέχρι σήμερα στο Σύμπαν. Πρόκειται για ένα σύμπλεγμα γαλαξιακών σμηνών, ένα υπερ-σμήνος γαλαξιών όπως τα ονομάζουν οι επιστήμονες. Η δομή και η έκταση αυτών των υπερ-σμηνών έχει οδηγήσει τους ειδικούς στο να τους δώσουν τον χαρακτηρισμό «Τείχη».

Το νέο σμήνος έλαβε την ονομασία BOSS Great Wall και πράγματι θα μπορούσε κάποιος να το πει και «αφεντικό» των υπερ-σμηνών αλλά και «Μεγάλο Τείχος». Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το σμήνος αυτό αποτελείται από τουλάχιστον 830 γαλαξίες η συνολική μάζα των οποίων είναι δέκα χιλιάδες φορές μεγαλύτερη από αυτή του δικού μας γαλαξία. Το σμήνος βρίσκεται σε κάποιο σημείο του Σύμπαντος 4.5-6.4 δισ. έτη φωτός εμάς και οι ερευνητές υπολόγισαν ότι έχει έκταση τουλάχιστον ενός δισ. ετών φωτός! Οι ερευνητές εκτιμούν ότι δύσκολα θα βρεθεί κάποιο μεγαλύτερο κοσμικό τείχος αν και βέβαια το Σύμπαν είναι γεμάτο από απρόσμενες εκπλήξεις.

Πηγή: arxiv.org/abs/1602.08498, to appear in Astronomy & Astrophysics

Η υπερθέρμανση εξαφάνισε (και) τους ιχθυόσαυρους. Slower evolution and climate change drove ichthyosaurs to extinction

Οι ιχθυόσαυροι μπαίνουν στον μακρύ κατάλογο των όντων που εξαφανίστηκαν εξαιτίας κλιματικών αλλαγών στον πλανήτη μας. Two ichthyosaurs (Pervushovisaurus bannovkensis) wander through a middle Cenomanian low latitude ecosystem that will prevail for most of the Late Cretaceous: high sea level and sea temperatures, rudist reefs (Ichthyosarcolites, Hippurites), newly radiating neoselacian sharks and acanthomorph fishes (Aipichthyoides). Artwork by © Andrey Atuchin 2016. Credit: Andrey Atuchin

Μια υπερθέρμανση του πλανήτη που σημειώθηκε κατά την προϊστορική εποχή οδήγησε στον αφανισμό του ιχθυόσαυρου, ενός θαλάσσιου ερπετού που έμοιαζε πολύ με τα δελφίνια και εξαφανίστηκε από τους ωκεανούς δεκάδες εκατομμύρια χρόνια πριν χαθούν από την επιφάνεια του πλανήτη οι δεινόσαυροι.

Το μυστήριο

Αποτελούσαν μια ιδιαίτερα σημαντική οικογένεια θαλάσσιων ερπετών, με πολλά υποείδη και μεγάλη γενετική ποικιλία. Argentine Paleontologist Marta Fernandez presents the fossil of a Ichthyosaur, which acccording to the Jurassic Museum of Asturias, is the most complete found in the Iberian Peninsula and one of the few in the world, at the headquarters of the museum in Colunga, northern Spain, November 6, 2015. REUTERS/Eloy Alonso/Files

Οι παλαιοντολόγοι είκαζαν εδώ και πολλά χρόνια για τους λόγους της αιφνίδιας εξαφάνισης αυτών των αρπακτικών, των αποκαλούμενων και "δρακόντων της θάλασσας" που κυριαρχούσαν επί 157 εκατομμύρια χρόνια. Οι ιχθυόσαυροι αποτελούσαν μια ιδιαίτερα σημαντική οικογένεια θαλάσσιων ερπετών, με πολλά υποείδη και μεγάλη γενετική ποικιλία. Ορισμένοι επιστήμονες υπέθεταν ότι οδηγήθηκαν στην εξαφάνιση επειδή κυριάρχησαν στη θέση τους άλλα θαλάσσια ερπετά ή ψάρια. Άλλοι πίστευαν ότι λιμοκτόνησαν επειδή η λεία τους άρχισε να σπανίζει.

Ωστόσο, μια ομάδα Ευρωπαίων ερευνητών ανακοίνωσε ότι έλυσε το "μυστήριο" συγκρίνοντας τα απολιθώματα των ιχθυοσαύρων με τα γεωλογικά στρώματα όπου βρέθηκαν, κάτι που τους επέτρεψε να διαπιστώσουν την κλιματική αλλαγή την εποχή εκείνη.  Σύμφωνα με τους επιστήμονες, τα πλάσματα αυτά εξαφανίστηκαν στις αρχές της Ανώτερης Κρητιδικής περιόδου, πριν από περίπου 100 εκατομμύρια χρόνια, επειδή δεν μπόρεσαν να προσαρμοστούν στην κλιματική αλλαγή. Την εποχή εκείνη ξεκινούσε για τη Γη μια περίοδος υπερθέρμανσης του πλανήτη.

Η αύξηση της θερμοκρασίας και η άνοδος της στάθμης των θαλασσών μείωσαν τη διαθέσιμη τροφή. Ταυτόχρονα, άλλαξαν τα μεταναστευτικά ρεύματα, οι τόποι αναπαραγωγής και τα αρπακτικά που ανταγωνίζονταν τους ιχθυόσαυρους. Οι αλλαγές αυτές, που έγιναν πιθανότατα όλες μαζί, οδήγησαν τελικά στην εξαφάνισή τους.

Πηγή: Nature Communications, dx.doi.org/10.1038/ncomms10825 

Το αρειανό έδαφος μάλλον είναι γόνιμο! First tomatoes, peas harvested on Mars, moon soil simulant

Καλλιεργήθηκαν με επιτυχία λαχανικά σε προσομοιωμένο χώμα. The second experiment on how to grow crops on Mars and moon soil simulant have given a surprising outcome. As a result of what the researchers in the Netherlands learned from their first experiments, they were able to grow ten different crop species. Tomatoes, peas, rye, garden rocket, radish and garden cress were harvested. The production of biomass on the Mars soil simulant was not statistically different from Earth control. (stock image). Credit: © macrolink / Fotolia

Ο διάσημος αμερικανός ηθοποιός Ματ Ντέιμον κέρδισε μια υποψηφιότητα για Όσκαρ υποδυόμενος ένα αστροναύτη που εγκαταλείπεται στον Άρη και ανάμεσα στα άλλα που κάνει για να επιβιώσει είναι να καλλιεργήσει εκεί πατάτες. Ερευνητές στην Ολλανδία ανακοίνωσαν ότι καλλιέργησαν με επιτυχία διάφορα λαχανικά σε χώμα που δημιουργήθηκε στα εργαστήρια της NASA και αποτελεί προσομοίωση του χώματος που υπάρχει στον Κόκκινο Πλανήτη.

Οι ερευνητές καλλιέργησαν τομάτες, αρακά, σίκαλη, ραπανάκι και κάρδαμο και οι σοδειές ήταν ποσοτικά και ποιοτικά παρόμοιες με εκείνες που καλλιεργούνται στο γήινο χώμα. «Η επιτυχής έκβαση της καλλιέργειας αποτέλεσε για εμάς πραγματική έκπληξη. Με την κατάλληλη προετοιμασία και φροντίδα το προσομοιωμένο χώμα μοιάζει να έχει πολλές δυνατότητες» αναφέρει ο Βίγκερ Βάμελινκ, καθηγητής του Πανεπιστημίου Wageningen και επικεφαλής των πειραμάτων. To μόνο λαχανικό που απέτυχε να αναπτυχθεί στα πειράματα ήταν το σπανάκι.

Ένα από τα κρίσιμα ζητήματα για την δημιουργία αρχικά βάσεων και αργότερα αποικιών στον Άρη είναι φυσικά η διατροφή των ανθρώπων που θα βρίσκονται εκεί. Η δυνατότητα καλλιέργειας τροφών στο αρειανό περιβάλλον θα βοηθήσει τα μέγιστα την προσπάθεια κατοίκησης του Κόκκινου Πλανήτη από τον άνθρωπο.

Βασίλειο του γραφίτη ο Ερμής. Pencil This In: Mercury’s Surface is Darkened by Graphite

O γραφίτης είναι τελικά το σκούρο... μυστικό του Ερμή. Ο πλανήτης διαθέτει άφθονο το υλικό που χρησιμοποιείται στα μολύβια. Mercury once had a carbon-rich crust. Credit: (NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington)

Η επιφάνεια του Ερμή είναι ασυνήθιστα σκούρα -πολύ περισσότερο από της Σελήνης- και τώρα οι επιστήμονες, μετά από πολύ προβληματισμό, πιστεύουν πως γνωρίζουν την αιτία: ο πλανήτης διαθέτει άφθονο άνθρακα με τη μορφή του γραφίτη, του υλικού που χρησιμοποιείται στα μολύβια.

Από άκρη σε άκρη

Ο κρατήρας διαμέτρου 52 χιλιομέτρου (Degas) στην επιφάνεια του Ερμή φαίνεται να περιέχει γραφίτη. Expanded-color image of Mercury’s 52-km-wide Degas crater, surrounded by an abundance of curious dark stains. Credit: (NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington)

Ερευνητές, με επικεφαλής τον Πάτρικ Πεπλόφσκι του Εργαστηρίου Εφαρμοσμένης Φυσικής του Πανεπιστημίου Τζον Χόπκινς ανέλυσαν τα στοιχεία που έστειλε το σκάφος Messenger της NASA, λίγο πριν ολοκληρώσει την αποστολή του προσκρούοντας στον πλανήτη τον Απρίλιο του 2015.

Υλικό μικρής ανακλαστικότητας (γραφίτης) περιβάλλει τον διαμέτρου 80km κρατήρα Basho. The dark areas surrounding the 'Basho' crater represent Low Reflectance Material (carbon). Credit: (NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington)

Οι επιστήμονες θεωρούν πιθανό ότι κάποτε όλη η επιφάνεια του Ερμή ήταν καλυμμένη από ένα στρώμα γραφίτη, που μπορεί να έφθανε και το ένα χιλιόμετρο σε πάχος. Σύμφωνα με τους ερευνητές είχε σχηματιστεί ένας εξωτερικός φλοιός στον Ερμή από γραφίτη ο οποίος κυριολεκτικά έπλεε πάνω σε ένα ωκεανό μάγματος. Όπως φαίνεται μετά από κάποιο χρονικό διάστημα η ηφαιστειακή δραστηριότητα ώθησε ένα μεγάλο μέρος αυτού του άνθρακα στα έγκατα του πλανήτη. Όμως η επιφάνειά του είναι ιδιαίτερα σκούρα ακόμη, καθώς ποσότητες γραφίτη παρέμειναν και ανακατεύτηκαν με πετρώματα. Η ανακάλυψη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Nature Geoscience».