Ανιχνεύθηκαν το πιο μακρινά ίχνη οξυγόνου στο σύμπαν. ALMA Observes Most Distant Oxygen Ever

Many young bright stars are located in the galaxy and ionise the gas inside and around the galaxy. Green colour indicates the ionised oxygen detected by ALMA, whereas purple shows the distribution of ionised hydrogen detected by the Subaru Telescope. Credit: NAOJ

Διεθνής ομάδα αστρονόμων ανίχνευσε τα πιο μακρινά μέχρι σήμερα ίχνη οξυγόνου σε ένα γαλαξία σε απόσταση 13,1 δισεκατομμυρίων ετών φωτός, μόνο 700 εκατ. χρόνια μετά την Μεγάλη Έκρηξη. Η ανακάλυψη δείχνει την παρουσία οξυγόνου ήδη στο πρώιμο σύμπαν.

Οι επιστήμονες από την Ιαπωνία, τη Σουηδία και τη Βρετανία, με επικεφαλής τον αναπληρωτή καθηγητή Άκιο Ινούε του Πανεπιστημίου Σάνγκιο της Οζάκα, έκαναν την παρατήρηση με τη μεγάλη διάταξη τηλεσκοπίων ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) του Ευρωπαϊκού Νοτίου Αστεροσκοπείου (ESO) στη Χιλή. Σχετική δημοσίευση έγινε στο περιοδικό «Science».

Right panel: The red galaxy at the center of the image is the very distant galaxy, SXDF-NB1006-2. Left panels: Close-ups of the distant galaxy. Credit: NAOJ

Το οξυγόνο στον αρχαίο γαλαξία SXDF-NB1006-2 είναι δέκα φορές λιγότερο σε σχέση με αυτό που υπάρχει στον γαλαξία μας σήμερα. Οι ερευνητές δεν μπόρεσαν να εντοπίσουν τη χημική «υπογραφή» του άνθρακα στον ίδιο μακρινό γαλαξία.

Το οξυγόνο που ανιχνεύθηκε ήταν ιονισμένο από την ισχυρή υπεριώδη ακτινοβολία των τεράστιων νεαρών άστρων του εν λόγω γαλαξία.

This diagram depicts the major milestones in the evolution of the Universe since the Big Bang, about 13.8 billion years ago. It is not to scale. The Universe was in a neutral state at 400 thousand years after the Big Bang and remained that way until light from the first generation of stars started to ionise the hydrogen. After several hundred million years, the gas in the Universe was completely ionised. Credit: NAOJ

Λίγο μετά τη δημιουργία του σύμπαντος, πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια, υπήρχαν μόνο τα πιο ελαφρά χημικά στοιχεία υδρογόνο, ήλιο και λίθιο. Τα βαρύτερα στοιχεία, όπως άνθρακας και οξυγόνο, δημιουργήθηκαν αργότερα στο εσωτερικό των άστρων και εξαπλώθηκαν σταδιακά στο σύμπαν.

Πηγή: www.eso.org

Μικροσκοπικές μαύρες τρύπες και επιπλέον διαστάσεις. Extra dimensions, gravitons, and tiny black holes

Έχει ο χωροχρόνος πράγματι 4 διαστάσεις; Είναι η βαρύτητα ισχυρότερη απ’ ότι νομίζουμε; Does space-time really have four dimensions? Is gravity stronger than people think?

Για πολύ καιρό οι φυσικοί υπέθεταν ότι ο χωροχρόνος έχει συνολικά 4 διαστάσεις – μια χρονική συν τρεις χωρικές – σε συμφωνία με τις παρατηρήσεις μας. Ωστόσο, αρκετοί θεωρητικοί έχουν υποστηρίξει την ύπαρξη περισσότερων χωρικών διαστάσεων, τις οποίες όμως δεν αισθανόμαστε στην καθημερινή μας ζωή. Δεν τις αντιλαμβανόμαστε είτε γιατί είμαστε παγιδευμένοι σε κάποιο είδος «επιφάνειας» υπερχώρου είτε γιατί μπορεί οι επιπλέον διαστάσεις να είναι πολύ μικρές και «κλείνονται» στον εαυτό τους. Κανείς δεν ξέρει στ’ αλήθεια.

Αλλά γιατί οι θεωρητικοί φυσικοί προτείνουν κάτι τέτοιο; Η απάντηση συνδέεται με ένα άλλο ερώτημα που βασανίζει τους φυσικούς: Γιατί η βαρύτητα είναι τόσο ασθενής δύναμη;

Αυτή η σύνδεση ακούγεται κάπως περίεργη δεδομένου ότι η βαρύτητα στην καθημερινή μας ζωή μάλλον φαίνεται να είναι αρκετά ισχυρή, π.χ. όταν σηκώνουμε βαριά αντικείμενα. Όμως οι φυσικοί όταν λένε ότι η βαρύτητα είναι πολύ ασθενής δύναμη, εννοούν τη βαρυτική δύναμη σε σύγκριση με τα άλλα είδη δυνάμεων που υπάρχουν στη φύση, π.χ. τις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις. Για παράδειγμα, η δύναμη αλληλεπίδρασης ενός μικρού μαγνήτη με την πόρτα του ψυγείου σας είναι πάρα πολύ ισχυρότερη από μια αντίστοιχη βαρυτική έλξη.

Οι θεωρητικοί προσπαθώντας να κατανοήσουν αυτό το πρόβλημα βρήκαν μια (πιθανή) λύση η οποία απαιτεί επιπλέον διαστάσεις.

Αν υπήρχαν δυο ή περισσότερες επιπλέον χωρικές διαστάσεις, τότε η βαρύτητα θα μπορούσε να είναι το ίδιο ισχυρή με τις υπόλοιπες δυνάμεις. Tα βαρυτόνια (τα σωματίδια διαμέσου των οποίων διαδίδεται η βαρυτική δύναμη) θα μπορούσαν να διεισδύσουν μέσα σ’ αυτές. Η βαρυτική δύναμη μας φαίνεται ασθενής διότι «απλώνεται» στις επιπλέον διαστάσεις που δεν μπορούμε να αντιληφθούμε. Έτσι λοιπόν πολλοί επιστήμονες με διαφορετικούς τρόπους προσπαθούν να εντοπίσουν αυτές τις διαστάσεις.

Πείραμα ATLAS: ψάχνοντας για επιπλέον διαστάσεις

Πιστεύεται ότι αν υπάρχουν αυτές οι επιπλέον διαστάσεις, τότε στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) θα μπορούσαν να δημιουργηθούν βραχύβιες μικροσκοπικές μαύρες τρύπες. Στις υψηλές ενέργειες που δημιουργούνται στον LHC, τα συγκρουόμενα πρωτόνια θα μπορούσαν να αλληλεπιδρούν και με βαρυτόνια στις επιπλέον διαστάσεις, κάνοντας την βαρύτητα τόσο ισχυρή, ώστε να δημιουργούνται στιγμιαία μικροσκοπικές μαύρες τρύπες. Το πείραμα ATLAS ψάχνει για τέτοια γεγονότα μικροσκοπικών μαύρων τρυπών, τα οποία συνδέονται άμεσα με την ύπαρξη των επιπλέον διαστάσεων.

Επειδή κανείς δεν είναι σίγουρος για τα προϊόντα της διάσπασης των μικροσκοπικών μαύρων τρυπών το ATLAS διαθέτει μερικές ομάδες που εξετάζουν διαφορετικούς τύπους διάσπασης των μικροσκοπικών μαύρων τρυπών.

Οι φυσικοί του ATLAS αναζήτησαν στα δεδομένα των συγκρούσεων πρωτονίων (στα 13 TeV) του 2015, γεγονότα διάσπασης μαύρων τρυπών που περιείχαν τουλάχιστον τρία προϊόντα με υψηλή ορμή, με ένα τουλάχιστον λεπτόνιο μεγάλης ορμής. Ιδού το αποτέλεσμα αυτής της αναζήτησης:

Figure 1: The ∑ pT distributions in the muon channel.

Στο παραπάνω διάγραμμα, τα πλήρη χρώματα (κόκκινο, κίτρινο, μοβ, πορτοκαλί, μπλέ) δείχνουν την κατανομή των γεγονότων (άθροισμα ορμών σωματιδίων με μεγάλες ορμές) που αναμένονται από τη φυσική χωρίς έξτρα διαστάσεις. Οι μαύρες τελείες δείχνουν την κατανομή της πραγματικής εμφάνισης τέτοιων γεγονότων στον ανιχνευτή (πραγματικά δεδομένα) και βρίσκονται σε συμφωνία με τη γνωστή φυσική των τεσσάρων διαστάσεων.

Η πράσινη και η μοβ γραμμή (από το μέσον του διαγράμματος προς τα δεξιά) δείχνει την αναμενόμενη κατανομή των γεγονότων αν υπήρχαν επιπλέον διαστάσεις. Αξίζει να σημειωθεί ότι σύμφωνα με την πρόβλεψη της πράσινης γραμμής στο δεξί άκρο της αναμένονταν περίπου 200 γεγονότα μικροσκοπικών μαύρων τρυπών, αλλά στα πραγματικά δεδομένα εμφανίζεται μόνο ένα. Μια τέτοια πρόβλεψη ξεκάθαρα απορρίπτεται.

Συνολικά τα δεδομένα αυτά δείχνουν, προς το παρόν, ότι δεν σχηματίζονται μικροσκοπικές μαύρες τρύπες – τουλάχιστον όχι αυτές που έχουν μάζα μικρότερη από 7000 φορές τη μάζα του πρωτονίου. Η ανάλυση κι άλλων δεδομένων στο άμεσο μέλλον θα δείξει αν πράγματι μπορεί να αποδειχθεί η ύπαρξη των επιπλέον διαστάσεων μ’ αυτόν τρόπο.

Πηγή: https://atlas.cern/updates/physics-briefing/continuing-search-extra-dimensions

ΕΛΙΖΑΜΠΕΤ ΜΠΟΡΧΕΡΣ, «ΛΗΣΜΟΝΗΜΕΝΑ ΓΕΝΕΘΛΙΑ»

John Singer Sargent, The birthday party, 1887

Ποιός έχει στην καρέκλα μου καθίσει

Ποιός έχει από το πιάτο μου δειπνήσει

Ποιός έχει στο κρεβάτι μου ξαπλώσει

Ποιός πήρε δίχως πίσω να μου δώσει

Ποιός μ’ έχει εμέ στην τύχη εγκαταλείψει

Ποιόν δεν μπορεί η μνήμη μου να κρύψει

Ποιός μ’ έχει φέρει στη δική σου μέρα

Ποιός για να κάτσεις έκανε πιο πέρα

Ο χρόνος όλα ο χρόνος

Nicolas Poussin, A Dance to the Music of Time, 1634-1635

Μετάφραση: Γιώργος Κεντρωτής

Elisabeth Borchers

Δεύτερη ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων του Αϊνστάιν. LIGO detects second black-hole merger

Μαύρες τρύπες που συγκρούστηκαν σε ένα σπιράλ θανάτου προκάλεσαν ρυτιδώσεις στο χωροχρόνο που έφτασαν μέχρι τη Γη. This artist's illustration depicts the merging black hole binary systems for GW150914 (left image) and GW151226 (right image). The black hole pairs are shown together in this illustration, but were actually detected at different times, and on different parts of the sky. The images have been scaled to show the difference in black hole masses. In the GW150914 event, the black holes were 29 and 36 times that of our Sun, while in GW151226, the two black holes weighed in at 14 and 8 solar masses. Image credit: LIGO/A. Simonnet.

Πριν από περίπου 1,4 δισεκατομμύρια χρόνια, δυο μακρινές μαύρες τρύπες πλησίασαν η μία την άλλη και τελικά συγκρούστηκαν σε ένα βίαιο συμβάν που κυριολεκτικά δημιούργησε κύματα στην ίδια την υφή του χωροχρόνου, κύματα που ανιχνεύθηκαν τη στιγμή που έφτασαν στη Γη τον περασμένο Δεκέμβριο. Είναι μόλις η δεύτερη φορά που το φαινόμενο γίνεται αντιληπτό από τη Γη έπειτα από έναν αιώνα παθιασμένης αναζήτησης.

«Τα καταφέραμε ξανά» δήλωσε ενθουσιασμένος ο Σαλβατόρε Βιτάλε, ερευνητής του πειράματος LIGO στις ΗΠΑ.

Πώς γεννιούνται τα βαρυτικά κύματα

The top two panels show the gravitational-wave signal in both Hanford (left in red) and Livingston (right in blue). The black waveform in each panel is the best-match gravitational-wave template for the signals. The bottom panel shows how the frequency of the gravitational wave at Hanford increased with time. (Courtesy: LIGO/Physical Review Letters)

Η ύπαρξη των βαρυτικών κυμάτων είχε προβλεφθεί το 1916 από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν ως συνέπεια της Γενικής Σχετικότητας, μέχρι φέτος όμως παρέμενε ανεπιβεβαίωτη.

Ο μεγάλος φυσικός είχε υπολογίσει ότι η επιτάχυνση σωμάτων μεγάλης μάζας, όπως μαύρες τρύπες και άστρα νετρονίων που πέφτουν σπειροειδώς το ένα προς το άλλο και τελικά συγκρούονται, πρέπει να δημιουργούν ομόκεντρα κύματα στο χωροχρόνο.

Τα κύματα αυτά ονομάστηκαν βαρυτικά επειδή παραμορφώνουν το χωροχρόνο όπως η βαρύτητα (δεν έχουν καμία σχέση με τα κύματα βαρύτητας της φυσικής ρευστών).

Τα βαρυτικά κύματα ουσιαστικά τεντώνουν το χώρο σε μια διάσταση (ας πούμε κατά μήκος) και τον συμπιέζουν σε μια άλλη (ας πούμε κατά πλάτος).

LIGO: Μεζούρες ακριβείας

Engineers inspecting the optics at the LIGO Livingston detector. Credit: LIGO Scientific Collaboration

Αυτό είναι το φαινόμενο που καταγράφουν οι δύο ανιχνευτές LIGO, ένας στην Πολιτεία της Ουάσινγκτον και ένας στη Λουιζιάνα.

Καθένας από τους δύο ανιχνευτές αποτελείται από δύο σωλήνες τοποθετημένους κάθετα ο ένας στον άλλο, μέσα στους οποίους υπάρχουν δέσμες λέιζερ που μετρούν το μήκος των σωλήνων με εξαιρετικά μεγάλη ακρίβεια.

Τα βαρυτικά κύματα γίνονται αντιληπτά από μικρές μεταβολές στο μήκος των δύο σωλήνων λόγω της παραμόρφωσης του χώρου. Οι σωλήνες έχουν μήκος 4 χιλιόμετρα, όμως η πειραματική διάταξη μπορεί να μετρά μεταβολές τουλάχιστον 1.000 φορές μικρότερες από τη διάμετρο ενός ατόμου.

Σε μια ιστορική ανακάλυψη, η οποία πιστεύεται ευρέως ότι θα βραβευθεί με Νόμπελ, ερευνητές του LIGO ανακοίνωσαν τον περασμένο Φεβρουάριο ότι ανίχνευσαν για πρώτη φορά βαρυτικά κύματα από τη σύγκρουση δυο μελανών οπών με μάζα 29 φορές και 36 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Ήλιου.

Οι ανακοινώσεις

The gravitational wave event GW151226 as observed by the twin Advanced LIGO instruments: LIGO Hanford (left) and LIGO Livingston (right). The images show the data recorded by the detectors during the last second before merger as the signal varies as a function of time (in seconds) and frequency (in Hertz or the number of wave cycles per second). To be certain that a real gravitational wave has been observed, we compare the data from the detectors against a pre-defined set of models for merging binaries. This allows us to find gravitational wave signals which are buried deep in the noise from the instruments and nearly impossible to find by eye. The animation shows the detector data with and without removing the best-matching model gravitational-wave signal, making it much easier to identify. The signal can be seen sweeping up in frequency as the two black holes spiral together. This signal is much more difficult to spot by eye than the first detection GW150914!

Στην περίπτωση εκείνη οι δίδυμοι ανιχνευτές κατέγραψαν ένα ξεκάθαρο σήμα. Αυτή τη φορά, το σήμα ήταν σχεδόν «θαμμένο» στον θόρυβο των καταγραφών και αποκαλύφθηκε μόνο με προηγμένες τεχνικές ανάλυσης.

Το σήμα αυτό αντιστοιχεί χονδρικά στο τελευταίο δευτερόλεπτο πριν από τη σύγκρουση δύο μελανών οπών, με μάζες 14,2 φορές και 7,5 φορές μεγαλύτερες από τη μάζα του Ήλιου.

Στις τελευταίες 27 περιφορές που πραγματοποίησαν οι μαύρες τρύπες καθώς κινούνταν η μία γύρω από την άλλη, η ταχύτητά τους έφτασε σχεδόν το μισό της ταχύτητας του φωτός.

Η κατακλυσμιαία σύγκρουσή τους δημιούργησε μια νέα μαύρη τρύπα με μάζα 20,8 φορές τη μάζα του Ήλιου.

Αυτό σημαίνει ότι περίπου μία ηλιακή μάζα εξαφανίστηκε κατά την σύγκρουση. Ολόκληρη αυτή η μάζα μετατράπηκε σε ενέργεια, η οποία εξαπλώθηκε στο χώρο με τη μορφή βαρυτικών κυμάτων. Η νέα ανακάλυψη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση Physical Review Letters.

Παράθυρο στο Σύμπαν

The "chirps" heard in this animation were created by converting the best-fit models of LIGO’s gravitational-wave signals into sounds. The first sound is from modelled gravitational waves detected by LIGO's detectors at Hanford, on Dec. 26, 2015, when two black holes merged. This is then compared to the first-ever gravitational waves detected by LIGO on Sept. 14, 2015, when two higher mass black holes merged. The pitch of both signals is then increased, allowing them to be heard more easily. Video and animations courtesy the LIGO Virgo Collaboration.

Εκτός του ότι επιβεβαιώνουν τον Αϊνστάιν, οι ανακαλύψεις στο LIGO αναμένεται να προσφέρουν έναν νέο, επαναστατικό τρόπο παρατήρησης του Σύμπαντος.

Τα περισσότερα από όσα γνωρίζουμε για τον Κόσμο προέρχεται από παρατηρήσεις της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας –το ορατό και αόρατο φως που φτάνει σε τηλεσκόπια και ραδιοτηλεσκόπια.

Το πρόβλημα είναι ότι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μπλοκάρεται από σύννεφα σκόνης ή άλλα αντικείμενα που βρίσκονται ανάμεσα στην πηγή της ακτινοβολίας και τον παρατηρητή.

Αυτό δεν ισχύει για τα βαρυτικά κύματα, τα οποία διαδίδονται στην ίδια την υφή του Σύμπαντος, διαπερνώντας ανενόχλητα ολόκληρους γαλαξίες.

Οι υφιστάμενοι και οι μελλοντικοί ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων θα μπορούσαν λοιπόν να καταγράψουν βίαια φαινόμενα που θα ήταν αδύνατο να δουν τα τηλεσκόπια.

Οι ανιχνευτές LIGO έχουν πλέον τεθεί εκτός λειτουργίας για έναν νέο γύρο αναβάθμισης και προγραμματίζεται να ενεργοποιηθούν εκ νέου το φθινόπωρο. Στην Ευρώπη λειτουργούν στο μεταξύ οι ανιχνευτές GEO600 και Virgo.

Θα αργήσουν οι εξωγήινοι να μας ακούσουν. It may take 1,500 years before extraterrestrials make contact, say astronomers

Η επαφή μας με τους εξωγήινους φαίνεται ότι θα καθυστερήσει αφού τα ραδιοσήματά μας θέλουν πολύ χρόνο για να καλύψουν μεγάλες περιοχές του γαλαξία μας. We could expect to start hearing from alien civilisations once their signals had spread across half the Milky Way - which could take another 1,500 years. Getty

Επιστήμονες του αμερικανικού πανεπιστημίου Cornell πραγματοποίησαν μια ενδιαφέρουσα μελέτη για τα ραδιοσήματα που στέλνει ο άνθρωπος τις τελευταίες δεκαετίες στο Διάστημα. 

In the film Contact, starring Jodie Foster (pictured) scientists detect a signal from extraterrestrial beings. The new research, however, suggests the prospect of this happening in our life time is incredibly small. 

Όπως αναφέρουν αν υπάρχουν προηγμένοι εξωγήινοι στον γαλαξία μας θα χρειαστεί αρκετός χρόνος ακόμη για να φτάσουν σε αυτούς τα σήματα μας και να μάθουν την ύπαρξη μας.

Οι υπολογισμοί

Σύμφωνα με νέα μελέτη τα ραδιοσήματα μας έχουν ταξιδέψει μόλις στο 1% του Γαλαξία. Astronomers have been listening intently for radio signals (Parks radio telescope pictured) from deep space that might indicate a message from an intelligent alien civilisation, but new research suggests it could take up to 1,500 years before we get this first contact due to the time it takes signals to cross the vastness of space.

Οι ερευνητές υπολόγισαν ότι τα ραδιοσήματα που έχουμε στείλει έχουν ταξιδέψει περίπου 80 έτη φωτός μακριά από τη Γη και έχουν φτάσει σε περίπου 8.5 χιλιάδες άστρα 3.5 χιλιάδες πλανήτες με μέγεθος παρόμοιο με αυτό της Γης. Με απλά λόγια τα σήματα μας έχουν ταξιδέψει μόλις στο 1% του γαλαξία μας. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι για να υπάρχουν πιθανότητες τα σήματα μας να εντοπισθούν από κάποιον εξωγήινο πολιτισμό θα πρέπει να ταξιδέψουν τουλάχιστον στο 50% του Γαλαξία.

While alien contact is a popular theme in science fiction, we may be waiting a long time before we hear from any intelligent beings from beyond our own world. This may be a relief to some who believe it will give our technology the chance to advance sufficiently to counter any threat they may pose.

Οι ερευνητές υπολόγισαν τον χρόνο που χρειάζεται αυτό το ταξίδι αλλά και τον χρόνο που θα χρειαστεί να κάνει ένα σήμα που θα στείλουν σε εμάς κάποιοι εξωγήινοι για να μας πουν ότι μας άκουσαν.

Despite the diminished odds of detecting alien life, scientists insist we should still keep looking for signals from beyond our own planet. Organisations like SETI are leading the hunt for intelligent alien life.

Όπως υποστηρίζουν θα χρειαστούν περίπου 1.500 χρόνια ακόμη για να έρθουμε σε επαφή με τον… Ε.Τ. Η μελέτη αυτή από τη μια πλευρά απογοητεύει όσους θα ήθελαν να μάθουμε αν υπάρχουν εξωγήινοι και γιατί όχι να τους γνωρίσουμε αλλά από την άλλη ανακουφίζει όσους φοβίζει ένα τέτοιο ενδεχόμενο.

Μόριο με ιδιότητες ζωής εντοπίστηκε στα βάθη του Γαλαξία. Life's first handshake: Chiral molecule detected in interstellar space

Ενισχύεται η πιθανότητα τα δομικά υλικά της ζωής να έφτασε στη Γη από το Διάστημα. Scientists applaud the first detection of a "handed" molecule, (propylene oxide) in interstellar space. It was detected, primarily with the NSF's Green Bank Telescope, near the center of our Galaxy in Sagittarius (Sgr) B2, a massive star-forming region. Propylene oxide is one of a class of so-called "chiral" molecules -- molecules that have an identical chemical composition, but right- and left-handed versions. Chiral molecules are essential for life and their discovery in deep space may help scientists understand why life on Earth relies on a certain handedness to perform key biological functions. Sgr A* in this image indicates the supermassive black hole at the center of our Galaxy. The white features in the composite image are the bright radio sources in the center of our Galaxy as seen with the VLA. The background image is from the Sloan Digital Sky Survey. The two "handed" versions of propylene oxide are illustrated. The "R" and "S" designations are for the Latin terms rectus (right) and sinister (left). Credit: B. Saxton, NRAO/AUI/NSF from data provided by N.E. Kassim, Naval Research Laboratory, Sloan Digital Sky Survey

Οι επιστήμονες ανακάλυψαν για πρώτη φορά στο βαθύ διάστημα, πολύ πέραν του ηλιακού μας συστήματος, ένα μόριο που διαθέτει μια βασική ιδιότητα της ζωής: είναι χειρόμορφο. Το πολύπλοκο οργανικό μόριο ανιχνεύθηκε σε ένα μακρινό διαστρικό νέφος, που βρίσκεται κοντά στο κέντρο του γαλαξία μας. Τα νέα ευρήματα ενισχύουν την πιθανότητα οι θεμελιώδεις (και χειρόμορφοι) χημικοί λίθοι της ζωής να έφθασαν στη Γη κάποτε από μετεωρίτες και κομήτες.

Ο άξονας περιστροφής

The S (Latin for sinister, left) and R (Latin for rectus, right) versions of the chiral molecule propylene oxide, which was discovered in a massive star-forming region near the center of our Galaxy. This is the first detection of a chiral molecule in interstellar space. Credit: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Χειρόμορφα λέγονται τα μόρια που ο άξονας περιστροφής τους δεν είναι και άξονας συμμετρίας τους. Οι δύο διαφορετικές μορφές ενός τέτοιου μορίου, η δεξιόστροφη και η αριστερόστροφη, λέγονται εναντιομερή. Τυπικό παράδειγμα τέτοιας ασυμμετρίας είναι τα δύο ανθρώπινα χέρια (εξ ου και το όνομα της χειρομορφίας).

Τα χειρόμορφα μόρια παίζουν καθοριστικό ρόλο στη βιολογία και στην ανάπτυξη ζωής. Για άγνωστους λόγους, οι ζώντες οργανισμοί είναι επιλεκτικοί στο ποιό από τα δύο εναντιομερή θα χρησιμοποιήσουν, άλλοτε τη δεξιόστροφη και άλλοτε την αριστερόστροφη μορφή ενός μορίου. Έτσι, τα αμινοξέα που δημιουργούν τις πρωτεΐνες, υπάρχουν μόνο σε αριστερόστροφη μορφή, ενώ τα σάκχαρα (ριβόζη) στο μόριο του DNA μόνο σε δεξιόστροφη.

Η επιλογή

Οι επιστήμονες δεν έχουν καταλάβει γιατί σε όλη τη βιόσφαιρα η ζωή, στην εξελικτική πορεία της, διάλεξε την μία ή την άλλη μορφή μορίου και κατά πόσο αυτό έγινε τυχαία ή για κάποιο λόγο. Τα δύο εναντιομερή έχουν ίδιες φυσικές ιδιότητες (π.χ. σημείο βρασμού, ψύξης και τήξης), αλλά διαφορετικές χημικές αντιδράσεις, με συνέπεια πολλά φαρμακευτικά μόρια να είναι αποτελεσματικά όταν είναι δεξιόστροφα και τοξικά όταν είναι αριστερόστροφα - ή το αντίστροφο.

Έως σήμερα χειρόμορφα μόρια είχαν ανιχνευθεί σε μετεωρίτες που έχουν πέσει στη Γη, καθώς και σε κομήτες στο ηλιακό μας σύστημα. Τώρα, για πρώτη φορά, οι επιστήμονες, με επικεφαλής τον καθηγητή κοσμοχημείας Τζιόφρι Μπλέικ του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Καλιφόρνια (Caltech), χρησιμοποιώντας ευαίσθητα ραδιοτηλεσκόπια (το διαμέτρου 100 μέτρων Green Bank στη Δ. Βιρτζίνια και το Parkes στην Αυστραλία), ανακάλυψαν το πρώτο χειρόμορφο οργανικό μόριο στον διαστρικό χώρο.

Το μόριο

Στο γιγάντιο νέφος σκόνης και αερίων Sgr B2 εντοπίστηκε το οξείδιο του προπυλενίου η ανακάλυψη του οποίου ρίχνει φως στην ύπαρξη της ζωής. A team of scientists using highly sensitive radio telescopes has discovered the first complex organic chiral molecule in interstellar space. The molecule, propylene oxide (CH3CHOCH2), was found near the center of our Galaxy in an enormous star-forming cloud of dust and gas known as Sagittarius B2. Image credit: MPIfR / A. Weiß / University of Cologne / M. Koerber / A. Belloche

Πρόκειται για το οξείδιο του προπυλενίου, το οποίο ανιχνεύθηκε στο τεράστιο νέφος σκόνης και αερίων «Τοξότης Β2» (Sgr B2), που γεννά νέα άστρα. Είναι μικρότερο σε μέγεθος από τα αμινοξέα και δεν χρησιμοποιείται από τους ζωντανούς οργανισμούς, αλλά χρησιμοποιείται συχνά στην κατασκευή πλαστικών.

«Είναι το πρώτο μόριο που ανιχνεύεται στο διαστρικό χώρο, το οποίο έχει την ιδιότητα της χειρομορφίας, πράγμα που αποτελεί πρωτοποριακό άλμα στην κατανόηση του πώς τα πρόδρομα της ζωής μόρια δημιουργούνται στο σύμπαν και ποιές συνέπειες έχουν για την προέλευση της ζωής», δήλωσε ο χημικός Μπρετ ΜακΓκουάιρ του Εθνικού Παρατηρητηρίου Ραδιοαστρονομίας (NRAO) των ΗΠΑ.

Το οξείδιο του προπυλενίου είναι ανάμεσα στα πιο πολύπλοκα μόρια, από τα περίπου 180 που έχουν ανακαλυφθεί συνολικά μέχρι σήμερα στο διάστημα. Ένα από τα βασικά ερωτήματα είναι αν η ζωή στο σύμπαν, εφόσον υπάρχει και αλλού, χρησιμοποιεί τα ίδια χειρόμορφα μόρια. Το καθένα μόριο, καθώς δονείται, έχει τη δική του διακριτή «υπογραφή» στο ραδιοφάσμα. Προς το παρόν, οι επιστήμονες δεν είναι βέβαιοι αν το μόριο που ανακάλυψαν κοντά στο κέντρο του γαλαξία, είναι περισσότερο αριστερόστροφο ή δεξιόστροφο.

Οι ερευνητές έκαναν σχετική δημοσίευση στην επιθεώρηση «Science» και ανακοίνωση στο συνέδριο της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας στην Καλιφόρνια. Όπως είπαν, η ανακάλυψη θα βοηθήσει τους επιστήμονες να καταλάβουν γιατί εμφανίσθηκε η χειρομορφία στο σύμπαν και γιατί η μία μορφή (το ένα εναντιομερές) ενός μορίου μπορεί να είναι πιο άφθονο σε σχέση με την άλλη μορφή.

Πηγή: B. McGuire & P.B. Carroll et al. Discovery of the interstellar chiral molecule propyleneoxide (CH3CHCH2O). Science, 2016 DOI:10.1126/science.aae0328

Ο λαμπρότερος «τοκετός» στο Σύμπαν! Gluttonous Star May Hold Clues to Planet Formation

To FU Orionis απορροφά την ύλη του δίσκου που βρίσκεται γύρω του και αυξάνει την λάμπρότητα του δημιουργώντας ταυτόχρονα το περιβάλλον για την γέννηση πλανητών. The brightness of outbursting star FU Orionis has been slowly fading since its initial flare-up in 1936. Researchers found that it has dimmed by about 13 percent in short infrared wavelengths from 2004 (left) to 2016 (right). Credit: NASA/JPL-Caltech

Αμερικανοί αστρονόμοι έκαναν νέες παρατηρήσεις σε ένα υπό διαμόρφωση ηλιακό σύστημα σε απόσταση περίπου 1.500 ετών φωτός από εμάς. Το νεαρό άστρο του συστήματος έχει μέγεθος παρόμοιο με αυτό του Ήλιου και γύρω του έχει σχηματιστεί ένας δίσκος ύλης την οποία το άστρο καταβροχθίζει δημιουργώντας τις συνθήκες για να ξεκινήσει ο σχηματισμός πλανητών και να δημιουργηθεί ένα νέο ηλιακό σύστημα. Η αλληλεπίδραση του άστρου με τον δίσκο ύλης έχει αυξήσει υπέρμετρα τη φωτεινότητα του. Σύμφωνα με τους επιστήμονες είναι το λαμπρότερο φαινόμενο του είδους που έχει εντοπιστεί μέχρι σήμερα.

Το άστρο

FU Orionis and its associated nebula. Image cedit: ESO

Το 1936 οι αστρονόμοι εντόπισαν σε απόσταση 1.500 ετών από τη Γη στον αστερισμό του Ωρίωνα ένα άστρο με ηλικία μόλις μερικών εκατοντάδων χιλιάδων ετών, ένα άστρο πραγματικό βρέφος δηλαδή. Το άστρο έλαβε την ονομασία FU Orionis και οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι γύρω από αυτό είχε σχηματιστεί ένας δίσκος ύλης η οποία τροφοδοτούσε το άστρο. Μέσα σε διάστημα τριών μηνών και καθώς η ύλη που απορροφούσε το άστρο μετατρεπόταν σε ενέργεια το FU Orionis έγινε 100 φορές πιο φωτεινό!

Αυτό είχε ως αποτέλεσμα να θερμαίνεται ο δίσκος της ύλης και οι θερμοκρασίες σε αυτόν να αγγίξουν τους 6.5 χιλιάδες βαθμούς Κελσίου. Η αύξηση της θερμοκρασίας στον δίσκο προκαλεί χημικές και άλλες μεταβολές στην ύλη που υπάρχει εκεί. Σύμφωνα με τους ειδικούς το μετασχηματισμένο πλέον υλικό του δίσκου είναι αυτό από το οποίο σχηματίζονται πλανήτες και εικάζουν ότι αυτό θα συμβεί στο κοντινό ή απώτερο μέλλον εκεί.

Ο Ήλιος

Brightness in 2016. Image credit: NASA/JPL-Caltech

Χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer επιστήμονες του Space Telescope Science Institute στη Βαλτιμόρη πραγματοποίησαν νέες παρατηρήσεις στο FU Orionis. Μελετώντας τα νέα δεδομένα και συγκρίνοντας τα με στοιχεία από παλαιότερες παρατηρήσεις στο FU Orionis οι ερευνητές κατέληξαν σε μια σειρά από συμπεράσματα για το πώς συμπεριφέρεται το άστρο και το πώς εξελίσσονται εκεί οι κοσμικές διεργασίες. Όπως διαπίστωσαν οι ερευνητές τα τελευταία 80 χρόνια το FU Orionis έχει καταβροχθίσει ύλη ίση με αυτή 18 πλανητών σαν τον Δία. Διαπίστωσαν επίσης ότι από το 2004 ως το 2016 η λαμπρότητα του έχει μειωθεί κατά 13% σε σχέση με εκείνη που είχε καταγραφεί το 1936.

«Παρατηρώντας το FU Orionis βλέπουμε ένα ηλιακό σύστημα σε βρεφική ηλικία. Είναι πιθανό και το δικό μας μητρικό άστρο, ο Ήλιος, να πέρασε από μια ανάλογη φάση αυξημένης λαμπρότητας γεγονός που είναι πιθανό να αποτέλεσε ένα κρίσιμο στάδιο για τον σχηματισμό της Γης και των άλλων πλανητών» αναφέρει ο Τζόελ Γκριν, μέλος της ερευνητικής ομάδας.

Οι ερευνητές εικάζουν ότι και ο Ήλιος πέρασε μια ανάλογη φάση με βάση τις διαφορές στην σύσταση των πλανητών που βρίσκονται πιο κοντά στο άστρο μας και σε εκείνη που βρίσκονται πιο μακριά. Οι μεταβολές που υπήρξαν από την πιθανή υπερθέρμανση του δίσκου ύλης γύρω από τον Ήλιο μπορούν να εξηγήσουν για παράδειγμα τις σημαντικές διαφορές στα δομικά υλικά του Άρη με αυτά της Γης. Επειδή ο Άρης σχηματίστηκε πιο μακριά από τον Ήλιο τα υλικά από τα οποία… οικοδομήθηκε δεν είχαν θερμανθεί τόσο όσο εκείνα της Γης που βρίσκεται πιο κοντά στο άστρο μας.