Το μικρότερο άστρο στο ορατό Σύμπαν. Smallest-ever star discovered by astronomers

Σε απόσταση 600 ετών φωτός από τη Γη, δεν είναι μεγαλύτερο σε μέγεθος από τον πλανήτη Κρόνο. Το άστρο EBLM J0555-57Ab (δεύτερο από δεξιά) σε σύγκριση με τους πλανήτες Δία και Κρόνο, αλλά και με το άστρο TRAPPIST-1. Η ακτίνα του EBLM J0555-57Ab είναι περίπου το 84% της ακτίνας του Δία (αριστερά), αλλά η μάζα του είναι 85 φορές μεγαλύτερη από αυτή του γίγαντα αερίου πλανήτη. An international team of astronomers, led by the University of Cambridge, has announced the discovery of a low-mass star, called EBLM J0555-57Ab, roughly the size of the gas giant Saturn, making it the smallest star yet discovered. Artist’s concepts of Saturn, Jupiter, EBLM J0555-57Ab and the star TRAPPIST-1. EBLM J0555-57Ab has a mass comparable to the current estimate for TRAPPIST-1, but has a radius that is nearly 30% smaller. Image credit: Amanda Smith

Αν ήταν έστω και ελάχιστα μικρότερο, δεν θα μπορούσε να συντηρήσει τη θερμοπυρηνική λάμψη του: το μικρότερο γνωστό άστρο, το οποίο μόλις ανακαλύφθηκε σε απόσταση 600 ετών φωτός από τη Γη, δεν είναι μεγαλύτερο σε μέγεθος από τον πλανήτη Κρόνο.

«Η μελέτη μας αποκαλύπτει το ελάχιστο μέγεθος που μπορούν να έχουν τα άστρα» λέει ο Αλεξάντερ Μπέτικερ του Πανεπιστημίου του Κέμπριτζ, πρώτος συγγραφέας της δημοσίευσης στην επιθεώρηση Astronomy & Astrophysics.

Αν το άστρο ήταν λίγο μικρότερο, εξηγεί, η πίεση στον πυρήνα του δεν θα ήταν αρκετά μεγάλη για να διατηρήσει τις θερμοπυρηνικές αντιδράσεις σύντηξης υδρογόνου, οι οποίες τροφοδοτούν όλα τα άστρα.

«Το άστρο αυτό είναι μικρότερο και πιθανώς ψυχρότερο από ορισμένους γιγάντιους αέριους εξωπλανήτες» επισημαίνει ο Μπέτικερ.

Σε ένα δυαδικό σύστημα

Focused image of the EBLM J0555-57 binary system by the Swiss 1.2-m Leonhard Euler Telescope at ESO’s La Silla Observatory. Image credit: Alexander von Boetticher et al.

Το μικρούλι άστρο, με την ονομασία EBLM J0555-57Ab, ανήκει σε ένα δυαδικό σύστημα, κινείται δηλαδή σε τροχιά γύρω από ένα δεύτερο άστρο, το οποίο στη συγκεκριμένη περίπτωση έχει πολύ μεγαλύτερη μάζα.

Ανακαλύφθηκε χάρη σε μια τεχνική που χρησιμοποιείται κανονικά για τον εντοπισμό πλανητών γύρω από μακρινά άστρα: το EBLM J0555-57Ab προκαλεί έναν ανεπαίσθητο κλυδωνισμό στο συνοδό του άστρο, καθώς περιφέρεται γύρω του, και η μέτρηση αυτού του κλυδωνισμού μπορεί να αποκαλύψει τη μάζα και άλλα χαρακτηριστικά.

Όπως επισημαίνουν οι ερευνητές, τα άστρα με μάζα μικρότερη από το 20% της μάζας του Ήλιου είναι τα πιο άφθονα στο Σύμπαν.

Δεν είναι όμως καλά κατανοητά, καθώς το μικρό μέγεθος και η χαμηλή φωτεινότητά τους δυσχεραίνουν τον εντοπισμό τους.

Πηγές: http://www.cam.ac.uk/research/news/smallest-ever-star-discovered-by-astronomers - http://www.tovima.gr/science/physics-space/article/?aid=891951

Μια πολύ κοντινή πτήση πάνω από Πλούτωνα και Χάροντα. NASA Video Soars over Pluto’s Majestic Mountains and Icy Plains

Όταν Ιούλιο του 2015, το διαστημικό σκάφος New Horizons της NASA έστειλε τις πρώτες κοντινές εντυπωσιακές φωτογραφίες του Πλούτωνα και των δορυφόρων του, πολλοί αναρωτήθηκαν πως θα ήταν μια πτήση πάνω από τα επιβλητικά βουνά και τις παγωμένες πεδιάδες τους.

Και η απάντηση δόθηκε. Χρησιμοποιώντας τα πραγματικά δεδομένα του New Horizons οι επιστήμονες δημιούργησαν δυο νέες ταινίες που μας δείχνουν πως θα φαινόταν ο πλανήτης-νάνος Πλούτωνας και ο δορυφόρος του Χάροντας, κατά την διάρκεια μιας πολύ κοντινής πτήσης πάνω από τις επιφάνειές τους.

Πετώντας πάνω από τον Πλούτωνα:

Using actual New Horizons data and digital elevation models of Pluto and its largest moon Charon, mission scientists have created flyover movies that offer spectacular new perspectives of the many unusual features that were discovered and which have reshaped our views of the Pluto system – from a vantage point even closer than the spacecraft itself. This dramatic Pluto flyover begins over the highlands to the southwest of the great expanse of nitrogen ice plain informally named Sputnik Planitia. The viewer first passes over the western margin of Sputnik, where it borders the dark, cratered terrain of Cthulhu Macula, with the blocky mountain ranges located within the plains seen on the right. The tour moves north past the rugged and fractured highlands of Voyager Terra and then turns southward over Pioneer Terra -- which exhibits deep and wide pits -- before concluding over the bladed terrain of Tartarus Dorsa in the far east of the encounter hemisphere. Digital mapping and rendering were performed by Paul Schenk and John Blackwell of the Lunar and Planetary Institute in Houston. Credits: NASA/JHUAPL/SwRI/Paul Schenk and John Blackwell, Lunar and Planetary Institute

Πετώντας πάνω από τον Χάροντα:

The exciting flight over Charon begins high over the hemisphere New Horizons saw on its closest approach, then descends over the deep, wide canyon of Serenity Chasma. The view moves north, passing over Dorothy Gale crater and the dark polar hood of Mordor Macula. The flight then turns south, covering the northern terrain of Oz Terra before ending over the relatively flat equatorial plains of Vulcan Planum and the “moated mountains” of Clarke Montes. Digital mapping and rendering were performed by Paul Schenk and John Blackwell of the Lunar and Planetary Institute in Houston. Credits: NASA/JHUAPL/SwRI/Paul Schenk and John Blackwell, Lunar and Planetary Institute

Πηγές: physicsgg - https://www.nasa.gov/feature/nasa-video-soars-over-pluto-s-majestic-mountains-and-icy-plains

Ένα νέο ορυκτό γεννήθηκε στην Καμτσάτκα. New Mineral Discovered: Nataliyamalikite

Ανακαλύφθηκε πρόσφατα και φέρνει στο φως μυστικά για τις διεργασίες στο εσωτερικό της Γης. An international team of geologists led by Monash University Professor Joël Brugger has discovered a new thallium mineral — nataliyamalikite. Nataliyamalikite (TlI) grains on the mineral mascagnite (NH4)2SO4. Image credit: Okrugin et al, doi: 10.2138/am-2017-6057.

Ο πλούτος των υλικών που μπορεί να γεννήσει αυτός ο πλανήτης δεν παύει να μας εκπλήσσει. Διεθνής ομάδα ερευνητών ανακάλυψε ένα νέο, άγνωστο μέχρι πρότινος ορυκτό σε ένα από τα πλέον «άγρια» ηφαιστειακά περιβάλλοντα της Γης, στη χερσόνησο Καμτσάτκα της Ρωσίας. Ο ναταλιαμαλικίτης, όπως ονομάστηκε, περιγράφεται για πρώτη φορά σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε την περασμένη εβδομάδα. Γέννημα-θρέμμα των ηφαιστείων, φέρνει στο φως μυστικά για τις διεργασίες που συντελούνται στο εσωτερικό της Γης και μπορεί να προσφέρει σημαντικές πληροφορίες στους επιστήμονες που ασχολούνται με τη μελέτη και την εξόρυξη των ορυκτών.

Ορυκτό πλούσιο σε θάλλιο

Summit of the Avacha volcano, Kamchatka, Far East Russia. Yellow sulphur deposits rim the frozen lava lake. The high temperature fumaroles (white smoke) deposit unusual minerals – including Nataliyamalikite. Photo Joël Brugger

Ο ναταλιαμαλικίτης (nataliyamalikite), ο οποίος πήρε το όνομά του από τη ρωσίδα ηφαιστειολόγο και γεωοικολόγο Νατάλια Μάλικ, αναγνωρίστηκε πρόσφατα ως νέο ορυκτό από τη Διεθνή Ορυκτολογική Εταιρεία (International Mineralogical Association, IMA) και η δημοσίευση της περιγραφής του στην επιθεώρηση «American Mineralogist» θεωρείται ότι σηματοδοτεί την επίσημη «γέννησή» του. Το κύριο χαρακτηριστικό του είναι η υψηλή περιεκτικότητά του σε θάλλιο, ένα σπάνιο βαρύ μέταλλο το οποίο είναι κυρίως γνωστό για την τοξικότητά του αλλά χρησιμοποιείται σε σημαντικές εφαρμογές, από την οπτική ως την ηλεκτρονική και την κατασκευή υπεραγωγών που αντέχουν σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Το θάλλιο δεν βρίσκεται ελεύθερο στη φύση, όμως ανιχνεύεται στους ατμούς ορισμένων ηφαιστείων. Ένα τέτοιο ηφαίστειο - και μάλιστα με υπερβολικά υψηλές συγκεντρώσεις θαλλίου στους ατμούς του - είναι το Αβάτσα ή Αβατσίνσκι στην Καμτσάτκα, όπου ανακαλύφθηκε το νέο ορυκτό.

Για τον λόγο αυτόν οι συγγραφείς της μελέτης υπογραμμίζουν ότι ο σχηματισμός του ναταλιαμαλικίτη απεικονίζει τις πολύπλοκες διεργασίες που ελέγχουν τη γεωχημεία του θαλλίου στα μαγματικά συστήματα. Όπως επισημαίνουν, τα ορυκτά που περιέχουν θάλλιο (τα οποία έχουν βρεθεί σε συγκεκριμένους τύπους ηφαιστείων) προκύπτουν τελικά όταν το θάλλιο που υπάρχει σε υποβυθισμένα ιζήματα μεταφέρεται στα αέρια των ηφαιστείων. Θεωρούν δε ότι οι υπέρμετρα εμπλουτισμένοι με θάλλιο ατμοί από τους οποίους έχει σχηματιστεί ο ναταλιαμαλικίτης έχουν δημιουργηθεί από σύνθετες και παροδικές αλληλεπιδράσεις ανάμεσα σε πλούσια σε θάλλιο θειούχα ρευστά υλικά και μαγματικούς ατμούς - μια διαδικασία η οποία, όπως τονίζουν, μπορεί να παίζει ρόλο στον έλεγχο της κατανομής των μετάλλων στα επιθερμικά κοιτάσματα που σχηματίζονται από ρευστά υλικά σε σημείο βρασμού (όπως π.χ. ορισμένα κοιτάσματα χρυσού).

Μυστικά από τα έγκατα της Γης

The Kamchatka Peninsula

Αυτές οι πληροφορίες σχετικά με τον ναταλιαμαλικίτη σε συνδυασμό με εκείνες που θα αντληθούν στο μέλλον από την περαιτέρω μελέτη του θεωρούνται σημαντικές για την ορυκτολογία. «Η ανακάλυψη αυτού του νέου υλικού σημαίνει ότι θα μπορέσουμε να κατανοήσουμε καλύτερα πώς τα μέταλλα βγαίνουν από πηγές που βρίσκονται στα βάθη του πλανήτη και συγκεντρώνονται σε ρηχά επίπεδα για να σχηματίσουν οικονομικά εκμεταλλεύσιμα κοιτάσματα» δήλωσε σε δελτίο Τύπου ο Τζόελ Μπρούγκερ από το Πανεπιστήμιο Μόνας στη Μελβούρνη της Αυστραλίας, εκ των επικεφαλής της μελέτης. «Αυτό θα μας προφέρει μοναδικές γνώσεις σχετικά με τις διαδικασίες που ευθύνονται για τη χημική εξέλιξη του πλανήτη μας. Και οι γνώσεις αυτές είναι απαραίτητες για τη βιωσιμότητα της βιομηχανίας της εξόρυξης».

Οι ρώσοι επιστήμονες που ανακάλυψαν τον ναταλιαμαλικίτη συνεργάστηκαν για τη μελέτη του με τον καθηγητή Μπρούγκερ και τους συναδέλφους του στο Μόνας, οι οποίοι και εξήγαγαν την κρυσταλλική δομή του νέου ορυκτού. «Η κατανόηση της κρυσταλλικής δομής είναι κατά κάποιον τρόπο σαν να διαβάζει κάποιος το πλήρες γονιδίωμα του νέου ορυκτού» εξήγησε ο κ. Μπρούγκερ. «Και στην περίπτωση του ναταλιαμαλικίτη αυτό ήταν απίστευτα δύσκολο καθώς οι κόκκοι είναι πολύ μικροσκοπικοί, σχεδόν αόρατοι».

Η χερσόνησος της Καμτσάτκα, όπου ανακαλύφθηκε ο ναταλιαμαλικίτης, είναι μια από τις πλέον ενεργές ηφαιστειογενείς ζώνες του πλανήτη - περιλαμβάνει 160 ηφαίστεια, εκ των οποίων τα 29 είναι ενεργά ενώ έξι περιλαμβάνονται στα Μνημεία Παγκόσμιας Κληρονομιάς της UNESCO. Πολλά από τα νέα ορυκτά που ανακαλύπτονται - υπολογίζεται ότι κάθε χρόνο γίνονται περίπου 150 ανακοινώσεις σε όλον τον κόσμο - εντοπίζονται σε ηφαιστειογενείς περιοχές της Γης.

Πηγές: http://www.monash.edu/news/articles/monash-earth-scientists-involved-in-discovery-of-a-new-mineral - http://www.tovima.gr/science/article/?aid=891742

Νίκος Καρούζος, «Αλλόφρονας Ιούλιος»

Vincent van Gogh, Wheatfield with Crows, 1890

“Ο γενέθλιός μου μήνας στα θολερά/ λιοπύρια του Καρκίνου

μ’ έναν απρόκοφτον ίσκιο που αναβλύζει/ δονούμενος από φευγαλέα

φωνήματα κληματαριάς- τι άρια/ ο θάνατος ή η έβδομη κοίμηση…

Σα να αισθάνομαι το σώμα μου στον ιδρώτα/ λουσμένο μουσείο

Οπού ‘χει να δείξει σωζόμενες αστραπές

τη μεγάλη του πόνου προσωπογραφία.

Μοναστήρι παμπάλαιο τούτος- εδώ ο ύπερος.

Δεν επιτρέπω υπολειπόμενα δάκρυα

προχωρώντας με χαυλιόδοντες αταραξίας

ανάμεσα στα μελανθή με φως ανήμερο

να κατακάψω και τις πέντε ηπείρους.

Την καλησπέρα μου στα Ιδανικά σας”.

Erna Rosenstein, Rays of Silence, 1968

Το Juno φωτογραφίζει την ερυθρά κηλίδα του Δία. NASA’s Juno Spacecraft Spots Jupiter’s Great Red Spot

H φωτογραφία λήφθηκε στις 10 Ιουλίου 2017 όταν το διαστημικό σκάφος βρισκόταν περίπου 8.648 χιλιόμετρα πάνω από τα νέφη του πλανήτη Δία. This enhanced-color image of Jupiter’s Great Red Spot was created by citizen scientist Jason Major using data from the JunoCam imager on NASA’s Juno spacecraft. Credits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Jason Major

Για πρώτη φορά ένα γήινο διαστημικό σκάφος πέρασε ακριβώς πάνω από την μεγάλη «ερυθρά κηλίδα» του πλανήτη Δία. Η ερυθρά κηλίδα έχει πλάτος 16.350 χιλιόμετρα – είναι 1,3 φορές μεγαλύτερη από τη Γη.

This enhanced-color image of Jupiter’s Great Red Spot was created by citizen scientist Kevin Gill using data from the JunoCam imager on NASA’s Juno spacecraft. Credits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin Gill

Ανακαλύφθηκε το 1830 και πιθανόν να υπάρχει για περισσότερα από 350 χρόνια. Τα τελευταία χρόνια η ερυθρά κηλίδα φαίνεται να συρρικνώνεται.

10 Ιουλίου 2017, το Juno απέχει 9,866 χιλιόμετρα από τον Δία. This enhanced-color image of Jupiter’s Great Red Spot was created by citizen scientist Gerald Eichstädt using data from the JunoCam imager on NASA’s Juno spacecraft. Credits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt

Το διαστημικό σκάφος Juno συμπλήρωσε ένα έτος σε τροχιά γύρω από τον μεγαλύτερο πλανήτη του ηλιακού μας συστήματος και πριν από μερικές μέρες πέρασε ακριβώς πάνω από την ερυθρά κηλίδα και την φωτογράφισε. Σιγά – σιγά φτάνουν στην Γη οι πρώτες εντυπωσιακές εικόνες:

Πηγές: https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasa-s-juno-spacecraft-spots-jupiter-s-great-red-spot - physicsgg

Να γιατί όσο μεγαλώνουμε κοιμόμαστε λιγότερο. Live-in grandparents helped human ancestors get a safer night's sleep

Nikolaos Gyzis, Old Man Sleeping, c. 1872. Αυτό που οι ηλικιωμένοι χαρακτηρίζουν ως αϋπνία ίσως είναι ένα εξελικτικό χαρακτηριστικό επιβίωσης. Sleep changes common with age may have helped our ancestors survive the night.

Όσο μεγαλώνουμε ο καλός ύπνος μπορεί να αποτελεί άπιαστο όνειρο, αλλά αυτό που οι ηλικιωμένοι χαρακτηρίζουν ως αϋπνία μπορεί στην πραγματικότητα να είναι ένα εξελικτικό χαρακτηριστικό επιβίωσης.

Σύμφωνα με άρθρο του επιστημονικού εντύπου Proceedings of the Royal Society B, μελέτη που έγινε σε κυνηγούς-συλλέκτες της βόρειας Τανζανίας, που εξακολουθούν να ζουν σε ομάδες, έδειξε ότι οι διαφορές στον ύπνο που σχετίζονται με την ηλικία διασφαλίζουν ότι τουλάχιστον ένα άτομο είναι ξύπνιο κατά τη διάρκεια της νύχτας. «Αυτό προσέφερε στους προγόνους μας προστασία από πιθανούς εισβολείς που παραμόνευαν τη νύχτα», εξηγούν οι ερευνητές.

Επαγρύπνηση τη νύχτα

A sound night’s sleep grows more elusive as people get older. But what some call insomnia may actually be an age-old survival mechanism, finds a study of hunter-gatherers in Tanzania. Photo by Peter Ungar, University of Arkansas

«Η θεωρία ότι υπάρχει όφελος από το να ζεις μαζί με τους παππούδες ισχύει εδώ και χρόνια, αλλά η παρούσα μελέτη επεκτείνει αυτή την ιδέα στην επαγρύπνηση κατά τη διάρκεια του νυχτερινού ύπνου», σχολιάζει ο Ντέιβιντ Σάμσον, ένας εκ των συγγραφέων της μελέτης και επίκουρος καθηγητής Ανθρωπολογίας στο Πανεπιστήμιο του Τορόντο.

Η φυλή των κυνηγών-συλλεκτών που μελετήθηκε ονομάζεται Χάντζα. Τα μέλη της ζουν και κοιμούνται σε ομάδες των 20-30 ατόμων και ακολουθούν τον κύκλο ημέρας/νύχτας, όπως οι άνθρωποι έκαναν για χιλιάδες χρόνια πριν την ανάπτυξη της γεωργίας. 

The Hadza people of northern Tanzania sleep in huts made of woven grass and branches. Photo by Peter Ungar, University of Arkansas

«Είναι εξίσου σύγχρονοι με εμάς. Αλλά αποτελούν ένα σημαντικό κομμάτι της ανθρώπινης εξελικτικής ιστορίας επειδή ακολουθούν έναν τρόπο ζωής που είναι πιο κοντά στο κυνήγι και τη συλλογή τροφίμων, κατά τον τρόπο που έκαναν οι πρόγονοί μας. Κοιμούνται κάτω, δεν έχουν τεχνητό φωτισμό ή κλιματισμό, δηλαδή τηρούν τις περιβαλλοντικές συνθήκες ύπνου των πρώτων ανθρώπων στη Γη», λέει η Αλίσα Κριτέντεν, επίκουρη καθηγήτρια Ανθρωπολογίας στο Πανεπιστήμιο της Νεβάδα, στο Λας Βέγκας, που έλαβε μέρος στην έρευνα.

Οι Χάντζα δεν βάζουν φρουρούς κατά τη διάρκεια της νύχτας επειδή δεν χρειάζεται. Οι ατομικές παραλλαγές στα πρότυπα ύπνου και ο ανήσυχος ύπνος των γηραιότερων μελών της ομάδας, εγγυώνται ότι τουλάχιστον ένα άτομο μένει ξύπνιο κατά τη διάρκεια της νύχτας.

Κατά μέσο όρο, πάνω από το ένα τρίτο της ομάδας μένει σε εγρήγορση ή κοιμάται πολύ ελαφριά, ανά πάσα στιγμή. Και σ' αυτούς δεν περιλαμβάνονται οι υγιείς ενήλικοι, τα παιδιά και άτομα που είναι τραυματισμένα.

Πρώτη απόδειξη και στους ανθρώπους

Hadza women walking in northern Tanzania. Photo by Alyssa Crittenden, University of Nevada, Las Vegas

Παλαιότερες μελέτες έχουν αναδείξει παρόμοια ευρήματα σε πτηνά, ποντίκια και άλλα ζώα, αλλά η παρούσα έρευνα αποδεικνύει κάτι ανάλογο και στους ανθρώπους.

Οι ερευνητές ελπίζουν να μπορέσουν να κατανοήσουν καλύτερα τις διαταραχές του ύπνου που σχετίζονται με την ηλικία «αφού όλο και περισσότεροι ηλικιωμένοι παραπονούνται ότι ξυπνούν νωρίς και δεν μπορούν να ξανακοιμηθούν. Και εν τέλει μπορεί να μην τους συμβαίνει τίποτα το ιδιαίτερο. Απλώς μερικά από τα προβλήματα υγείας που αντιμετωπίζει ο σύγχρονος άνθρωπος δεν είναι διαταραχές αλλά υπολείμματα του εξελικτικού μας παρελθόντος», καταλήγουν οι επιστήμονες.

Πηγές: David R. Samson, Alyssa N. Crittenden, Ibrahim A. Mabulla, Audax Z. P. Mabulla, Charles L. Nunn. Chronotype variation drives night-time sentinel-like behaviour in hunter–gatherers. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 2017; 284 (1858): 20170967 DOI: 10.1098/rspb.2017.0967 - http://www.tovima.gr/science/medicine-biology/article/?aid=891439

Το δευτέριο επιβεβαιώνει την θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης. Big Bang Confirmed Again, This Time By The Universe's First Atoms

Our most powerful telescopes can peer back into the ultra-distant Universe, but can only see the pristine clouds of gas if there's a very, very distant light source beyond to illuminate them. Credit: NASA

Η Μεγάλη Έκρηξη είναι η κορυφαία θεωρία εξέλιξης του σύμπαντος. Σύμφωνα με αυτή το σύμπαν στο παρελθόν ήταν θερμότερο, πυκνότερο και μικρότερο, και σήμερα είναι τόσο τεράστιο εξαιτίας της διαστολής του. Αυτή η άποψη ήταν αμφισβητούμενη για πολλές δεκαετίες μέχρι την λεπτομερέστατη μέτρηση της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου.

The early Universe was full of matter and radiation, and was so hot and dense that the quarks and gluons present didn't form into individual protons and neutrons, but remained in a quark-gluon plasma, complete with matter and antimatter particles everywhere. Credit: RHIC collaboration, Brookhaven

Σύμφωνα με το σενάριο της Μεγάλης Έκρηξης, λόγω της αρχικά πολύ υψηλής θερμοκρασίας του σύμπαντος, η ακτινοβολία που υπήρχε ήταν παγιδευμένη σε ισορροπία με την ιονισμένη ύλη του σύμπαντος. Περίπου 380 χιλιάδες χρόνια μετά την Μεγάλη Έκρηξη, καθώς το Σύμπαν διαστελλόταν και ψυχόταν, αυτή η (κοσμική) ακτινοβολία απελευθερώθηκε από την ύλη (που έπαψε να είναι ιονισμένη), ακολουθώντας το δικό της μοναχικό δρόμο. Σήμερα ανιχνεύεται ως ακτινοβολία μέλανος σώματος και αντιστοιχεί σε θερμοκρασία Τ = 2,73 Κ, όπως ακριβώς προβλέπει η θεωρία.

Ο συνδυασμός πρωτονίων και νετρονίων οδήγησε στον σχηματισμό του ηλίου (και άλλων ελαφρών πυρήνων) στα πρώτα λεπτά της Μεγάλης Έκρηξης. From beginning with just protons and neutrons, the Universe builds up helium-4 rapidly, with small but calculable amounts of deuterium and helium-3 left over as well. Credit: E. Siegel / Beyond The Galaxy

Όμως, υπάρχει και μια άλλη εντυπωσιακή πρόβλεψη της θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης. Στα τρία πρώτα λεπτά ύπαρξης του σύμπαντος δημιουργήθηκαν συγκεκριμένες ποσότητες ελαφρών πυρήνων, όπως υδρογόνο, δευτέριο, λίθιο και ήλιο. Αυτές οι περιεκτικότητες υπολογίζονται χρησιμοποιώντας τους γνωστούς νόμους της φυσικής κατά την εξέλιξη του σύμπαντος, αλλά είναι πολύ δύσκολο να μετρηθούν. Σύμφωνα με τις τελευταίες αστρονομικές παρατηρήσεις, οι λόγοι ηλίου προς υδρογόνο και δευτερίου προς υδρογόνο μετρήθηκαν και βρέθηκαν σε εντυπωσιακή συμφωνία με τους υπολογισμούς της θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης.

Αποτελούμενο μόνο από ένα πρωτόνιο και ένα νετρόνιο, το δευτέριο (²Η) είναι το απλούστερο στοιχείο και επομένως το πρώτο στοιχείο που σχηματίστηκε στο αρχέγονο σύμπαν. Αυτό έγινε όταν στο σύμπαν ο λόγος νετρονίων προς πρωτόνια ήταν περίπου 1/6 (τα νετρόνια έξω από τους πυρήνες έχουν χρόνο ζωής περίπου 15 λεπτά). Όμως ακολούθησαν κι άλλες αλυσιδωτές πυρηνικές αντιδράσεις που σχημάτισαν βαρύτερους πυρήνες, κυρίως ήλιο-4(⁴He), και πολύ μικρότερες ποσότητες άλλων ελαφρών πυρήνων, όπως δευτερίου (²Η), ηλίου-3 (³He) και λιθίου-7 (⁷Li).

Η σύνθεση των ελαφρών στοιχείων όπως το δευτέριο, το ήλιο και το λίθιο πραγματοποιήθηκε τα πρώτα λεπτά μετά την Μεγάλη Έκρηξη, τότε που το σύμπαν ήταν ακόμα αδιαφανές. Ο μόνος (έμμεσος) τρόπος για να διερευνήσουμε τις συνθήκες που επικρατούσαν στο σύμπαν στα πρώτα λεπτά της ύπαρξής του είναι οι αφθονίες των στοιχείων που προέκυψαν. Αυτό απαιτεί αστρονομικές μετρήσεις υψηλής ακρίβειας σε συνδυασμό με λεπτομερείς θεωρητικούς υπολογισμούς των περιεκτικοτήτων των ελαφρών πυρήνων.

Οι θεωρητικές προβλέψεις των περιεκτικοτήτων των ελαφρών πυρήνων εξαρτώνται μόνο από μια παράμετρο: τον λόγο των νουκελονίων (πρωτόνια+νετρόνια) προς τα φωτόνια του σύμπαντος. Αυτή η παράμετρος μετρήθηκε με μεγάλη ακρίβεια στις αρχές της δεκαετίας του 2000 από το WMAP και καθορίζει τις περιεκτικότητες των ελαφρών στοιχείων στο σύμπαν, όπως προέκυψαν στα πρώτα λεπτά της Μεγάλης Έκρηξης.

Η μέτρηση των περιεκτικοτήτων των στοιχείων της αρχέγονης πυρηνοσύνθεσης στο σημερινό σύμπαν είναι μια πολύ δύσκολη υπόθεση. Πρέπει να εντοπίσουμε αυτά τα στοιχεία σε περιοχές που δεν αλλοιώθηκαν οι αρχέγονες περιεκτικότητες, εκεί όπου δεν σχηματίστηκαν άστρα και τα στοιχεία περιέχονται στην πρωτόγονη μεσοαστρική αέρια ύλη.

Όμως ο μόνος τρόπος για να παρατηρήσουμε το είδος των ατόμων της μεσοαστρικής ύλης είναι να δούμε την απορρόφηση ή την εκπομπή φωτός από αυτά. Συνεπώς απαιτείται και το φως των άστρων.  Γι αυτό πρέπει να είμαστε τυχεροί. Να υπάρχουν ουδέτερα αρχέγονα άτομα μεταξύ της Γης και μιας μακρινής πηγής φωτός, όπως ένας γαλαξίας ή ένα κβάζαρ. Αυτό μπορεί να είναι σπάνιο, αλλά ευτυχώς το σύμπαν μας είναι πάρα πολύ μεγάλο, αυξάνοντας τις πιθανότητες για τέτοιες ευκαιρίες.

Οι αφθονίες του ηλίου, του δευτερίου, ηλίου-3 και λιθίου-7, συναρτήσει του λόγου βαρυονίων προς φωτόνια, εφόσον η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης είναι σωστή. The abundances of helium, deuterium, helium-3 and lithium-7 are highly dependent on only one parameter, the baryon-to-photon ratio, if the Big Bang theory is correct. Credit: NASA, WMAP Science Team and Gary Steigman

Ενώ το ήλιο δεν είναι τόσο ευαίσθητο σε σχέση με τον λόγο  βαρυονίων προς φωτόνια, αντίθετα, το δευτέριο μεταβάλλεται απότομα συναρτήσει του λόγου αυτού. Έτσι, η παρατηρούμενη αφθονία του αρχέγονου δευτερίου παίζει σημαντικό ρόλο στην επιβεβαίωση της θεωρίας της αρχέγονης πυρηνοσύνθεσης.

An ultra-distant quasar will encounter gas clouds on the light's journey to Earth, allowing us to measure all sorts of parameters, including absorption abundances. Credit: Ed Janssen, ESO

Η πρώτη μεγάλη επιτυχία σχετικά με το δευτέριο πραγματοποιήθηκε το 2011 όταν οι Michele Fumagalli, John M. O’Meara και J. Xavier Prochaska ανακάλυψαν δυο περιπτώσεις ανέγγιχτων αρχέγονων νεφών εδώ και 12 δισεκατομμύρια χρόνια, ευθυγραμμισμένων με κβάζαρ. Αυτό που βρήκαν ήταν εκπληκτικό: η περιεκτικότητα του αρχέγονου δευτερίου που παρατηρήθηκε ταίριαζε ακριβώς με τις θεωρητικές προβλέψεις.

Όμως προέκυψαν κι άλλα δεδομένα. Δυο νέες μετρήσεις που περιγράφονται στην εργασία των Signe Riemer-Sørensen και Espen Sem Jenssen [Nucleosynthesis Predictions and High-Precision Deuterium Measurements], από διαφορετικά νέφη ευθυγραμμισμένων με κβάζαρ, μας δίνουν μια βελτιωμένη εκτίμηση της παρατηρούμενης αφθονίας του δευτερίου που σχηματίστηκε αμέσως μετά την Μεγάλη Έκρηξη: 0,00255% με αβεβαιότητα  ±0.00006%. Μέσα στα όρια του σφάλματος η συμφωνία με την θεωρία είναι εξαιρετική.

Αν συγκεντρωθούν όλα τα δεδομένα από τέτοιου είδους αστρονομικές παρατηρήσεις αφθονίας του δευτερίου, η συμφωνία είναι αδιαμφισβήτητη.

Ανεξάρτητες αστρονομικές παρατηρήσεις αρχέγονων μεσοαστρικών νεφών που δίνουν τον λόγο του δευτερίου προς υδρογόνο που παράχθηκε κατά την διάρκεια των πρώτων λεπτών της Μεγάλης Έκρηξης, συγκρινόμενες με την θεωρητική πρόβλεψη. There are now many independent observations of pristine gas from shortly after the Big Bang, showcasing the sensitive deuterium quantities relative to hydrogen. The agreement between observation and the theoretical predictions of the Big Bang is another victory for our best model of the Universe's origin. Credit: S. Riemer-Sørensen and E. S. Jenssen, Universe 2017, 3(2), 44

Αν οι παρατηρήσεις του δευτερίου σ’ αυτά τα αρχέγονα νέφη διαφωνούσαν με τις θεωρητικές προβλέψεις, τότε η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης θα αντιμετώπιζε ανεπανόρθωτη κρίση. Όμως η εντυπωσιακή συμφωνία θεωρίας και παρατήρησης μέχρι σήμερα κάνει την υπόθεση της Μεγάλης Έκρηξης ως την πιο πετυχημένη θεωρία εξέλιξης του σύμπαντος.

Πηγές: https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2017/07/11/big-bang-confirmed-again-this-time-by-the-universes-first-atoms/#2793b71679c2 - physicsgg