Το μικρό βιβλίο των μαύρων τρυπών. The Little Book of Black Holes

A black hole cannot hide another object (in this case another black hole) that passes directly behind it. Instead, the object in the background will appear like a ring surrounding the one in the foreground. Credit: ALAIN RIAZUELO/INSTITUT D’ASTROPHYSIQUE DE PARIS

Αν και η ίδια η θεωρία του, η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, προβλέπει τις μαύρες τρύπες, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν δεν πίστεψε ποτέ ότι υπάρχουν. Πολλοί του δίνουν σε έναν βαθμό δίκιο, αφού οι μελανές οπές είναι τα πιο αλλόκοτα αντικείμενα που γνωρίζουμε στο Σύμπαν. Σήμερα κανείς δεν αμφισβητεί τη «σκοτεινή» παρουσία τους. Τις τελευταίες πέντε δεκαετίες έχουν περιγραφεί θεωρητικά και έχουν εντοπιστεί γύρω μας, ακόμη και στο κέντρο του ίδιου του γαλαξία μας. Και τον τελευταίο ενάμιση χρόνο η ύπαρξή τους έχει επιτέλους αποδειχθεί πέραν πάσης αμφιβολίας, με τις επανειλημμένες ανιχνεύσεις βαρυτικών κυμάτων που προήλθαν από συγχωνεύσεις τους.

Color Animation of a Black Hole with Accretion Disk. General Relativity Calculation by Jean-Alain Marck, 1991. From the documentary "Infinitely Curved". Authors: Laure Delesalle, Marc Lachieze-Rey, Jean Pierre Luminet.

Παρά το γεγονός ότι πλέον είμαστε βέβαιοι ότι υπάρχουν, τα παράξενα αντικείμενα παραμένουν μυστηριώδη για τους επιστήμονες και ακόμη περισσότερο για έναν μέσο άνθρωπο ο οποίος δεν παίζει στα δάχτυλα τις θεωρίες της σχετικότητας. Πώς ακριβώς σχηματίζονται; Πώς συμπεριφέρονται; Πώς είναι ο ορίζοντας γεγονότων και η μοναδικότητά τους, το σημείο όπου η βαρύτητα είναι τόσο ισχυρή ώστε τίποτε, ούτε καν το φως, δεν μπορεί να ξεφύγει;

Princeton Prof. Frans Pretorius, co-author. Princeton Prof. Steven S. Gubser ’94 *98.

Αυτά και άλλα ερωτήματα προσπαθούν να απαντήσουν ο Στίβεν Γκούμπσερ και ο Φρανς Πρετόριους, δύο επιφανείς φυσικοί από το Πανεπιστήμιο του Πρίνστον, με το «The Little Book of Black Holes» – ένα εκλαϊκευμένο αλλά άκρως επιστημονικό «μικρό βιβλίο των μαύρων τρυπών», στο οποίο έχουν συμπυκνώσει τις γνώσεις που διαθέτουμε σήμερα γύρω από αυτές.

Αποκαλυπτικά κύματα

The General Relativity picture of curved spacetime, where matter and energy determine how orbiting, inspiraling systems evolve over time, has made successful predictions that no other theory can match. Ripples in spacetime can be generated by fast orbiting stars (neutron stars, white dwarfs or black holes). Credit: NASA

Το πιο σημαντικό «νέο» στον τομέα είναι αδιαμφισβήτητα οι ανιχνεύσεις των βαρυτικών κυμάτων που προκλήθηκαν από συγχωνεύσεις μελανών οπών. Μέχρι τώρα έχουν καταγραφεί πέντε καθαρά σήματα από τέτοια γεγονότα, αλλά το πρώτο, που ανακοινώθηκε τον Φεβρουάριο του 2016 από τους υπευθύνους των ανιχνευτών LIGO, είναι το πιο διάσημο αφού αποτέλεσε πραγματική «αποκάλυψη».

As two neutron stars orbit each other, Einstein's theory of general relativity predicts orbital decay, and the emission of gravitational radiation. In the final stages of a merger -- never before observed in gravitational waves -- the amplitude should spike so high that LIGO could, conceivably, detect them. Credit: NASA (L), Max Planck Institute for Radio Astronomy / Michael Kramer

«Πριν από αυτές τις ανιχνεύσεις δεν υπήρχε άμεση απόδειξη ότι οι μαύρες τρύπες πραγματικά υπάρχουν» λέει ο Φρανς Πρετόριους, ο οποίος είναι καθηγητής στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου του Πρίνστον. «Υπήρχαν θεωρητικές προβλέψεις καθώς και έμμεσες ενδείξεις για την ύπαρξή τους. Αυτή όμως είναι η πρώτη επιστημονική απόδειξη ότι οι μαύρες τρύπες, έτσι όπως περιγράφονται από τη θεωρία του Αϊνστάιν, πραγματικά υπάρχουν».

With numerous black hole-black hole mergers under its belt and even a neutron star-neutron star collision, gravitational wave astronomy has blossomed into a bona fide science over the past two years. Credit: LIGO-Virgo/Frank Elavsky/Northwestern University

Εκτός από τις αποδείξεις, τα βαρυτικά κύματα και οι πρώτες άμεσες πληροφορίες που μετέφεραν έφεραν επίσης εκπλήξεις. «Κάτι το οποίο εξέπληξε πολλούς, ιδιαίτερα στο πρώτο γεγονός, ήταν το πόσο βαριές ήταν αυτές οι μαύρες τρύπες, είχαν περίπου τριάντα φορές τη μάζα του Ηλίου» εξηγεί ο καθηγητής. «Όλες οι μαύρες τρύπες που είχαν παρατηρηθεί έμμεσα ως τώρα στον γαλαξία μας είχαν πολύ μικρότερη μάζα, πέντε ως δεκαπέντε φορές τη μάζα του Ηλίου. Κάποτε εθεωρείτο αδιανόητο ότι τόσο πολύ βαριές μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να δημιουργηθούν από άστρα που καταρρέουν και καθώς δεν βλέπαμε τέτοιες στον γαλαξία μας, αποτέλεσε έκπληξη το ότι εκεί έξω υπάρχουν αστρικές μαύρες τρύπες με τόσο μεγάλη μάζα».

The most massive black hole binary signal ever seen: OJ 287. This tight binary black hole system takes on the order of ~11-12 years to complete an orbit. The newly discovered system, J0045+41, orbits approximately 50 times as rapidly. Credit: S. Zola & NASA/JPL

Μια άλλη παρατήρηση η οποία προβλημάτισε τους επιστήμονες ήταν η ταχύτητα περιστροφής των μελανών οπών που αποκάλυψαν τα βαρυτικά κύματα. «Κάτι το οποίο φαίνεται ενδιαφέρον είναι ότι ως τώρα καμία από τις μαύρες τρύπες που συγχωνεύτηκαν δεν φαίνεται να είχε πολύ μεγάλη ταχύτητα περιστροφής πριν από τη συγχώνευση» λέει ο κ. Πρετόριους. «Στη σχετικότητα οι μαύρες τρύπες μπορεί να φθάσουν από το να μην περιστρέφονται σχεδόν καθόλου ως το να περιστρέφονται πάρα πολύ γρήγορα. Υπάρχει ένα ανώτατο όριο, αλλά μπορούν να περιστραφούν με πολύ μεγάλη ταχύτητα. Δεν γνωρίζουμε πολύ καλά ποια θα πρέπει να είναι η περιστροφή τους όταν σχηματίζονται, αλλά περιμέναμε ότι όλες οι δυνατές τιμές θα πρέπει να είναι πιθανές. Ωστόσο μέχρι τώρα όλοι οι υποψήφιοι που ανιχνεύθηκαν με τα βαρυτικά κύματα δεν περιστρέφονται με μεγάλη ταχύτητα, και αυτό ίσως σημαίνει ότι κάτι μας διαφεύγει».

Η νέα αστρονομία

The first accurate image of the appearance of a black hole (India ink on Canson negative paper). Credit: JEAN-PIERRE LUMINET

Για να μάθουμε αν πράγματι συμβαίνει κάτι τέτοιο θα πρέπει να περιμένουμε τη «νέα αστρονομία» που θα γεννηθεί με τη συμβολή των βαρυτικών κυμάτων όταν οι ανιχνεύσεις τους – και οι παρατηρήσεις που προκύπτουν από αυτές – θα είναι περισσότερες. «Ίσως να καταφέρουμε να ξεκινήσουμε αυτή τη νέα επιστήμη σε έναν χρόνο» αναφέρει ο καθηγητής. «Για να δώσουμε όμως μια απάντηση στο ζήτημα της περιστροφής θα πρέπει να έχουμε ίσως και εκατό γεγονότα. Τότε θα μπορέσουμε να πούμε αν πραγματικά υπάρχει κάποιο μυστήριο ή όχι». Όσον αφορά τον τύπο των μαύρων τρυπών που ενδέχεται να αποκαλύψουν τα νέα δεδομένα ο κ. Πρετόριους δεν περιμένει τρομακτικές εκπλήξεις. Αυτό γιατί αν και η θεωρία προβλέπει κάποιες διαφοροποιήσεις, στην ουσία τα πράγματα είναι πιο απλά.

Η Κερ, έχει δακτυλιοειδή μοναδικότητα. Η ανατομία μιας μαύρης τρύπας Κερ φαίνεται στην παραπάνω εικόνα. Η εξωτερική έλλειψη ονομάζεται στατικό όριο, και ο κύκλος μέσα στην έλλειψη είναι ο ορίζοντας γεγονότων. Η περιοχή ανάμεσα στο στατικό όριο και τον ορίζοντα γεγονότων ονομάζεται εργόσφαιρα. Στην περιοχή της εργόσφαιρας υπάρχει δυνατότητα διαφυγής, όμως αν ένα σώμα βρεθεί εκεί θα αρχίσει να περιστρέφεται γύρω από τον ορίζοντα γεγονότων, όπως αν θα βρισκόταν κοντά σε μια θαλάσσια δίνη. Η μοναδικότητα έχει τη μορφή δακτυλίου (ντόνατς) και το κέντρο του δακτυλίου θεωρείται κενό. Χρησιμοποιώντας μια Κερ, θα μπορούσες να ταξιδέψεις μέσα από το κέντρο του δακτυλίου χωρίς να συναντήσεις τον άπειρα καμπυλωμένο χωρόχρονο της μοναδικότητας.

«Ουσιαστικά υπάρχει ένας μόνο τύπος μαύρης τρύπας, η μαύρη τρύπα του Κερ» μας λέει. «Αυτή εξαρτάται από δύο ιδιότητες: μπορεί να έχει οποιοδήποτε μέγεθος και με βάση το μέγεθός της μπορεί να περιστρέφεται με μηδενική ως πολύ μεγάλη ταχύτητα». Το μέγεθος, όπως εξηγεί, καθορίζεται από τη μάζα. «Για παράδειγμα, μια μαύρη τρύπα με τη μάζα του Ηλίου θα έχει διάμετρο τρία χιλιόμετρα ενώ μια θεωρητική μαύρη τρύπα με τη μάζα της Γης θα έχει ακτίνα σχεδόν ένα εκατοστό» αναφέρει. «Κατά τον ίδιο τρόπο που οι πλανήτες εξαιτίας της περιστροφής τους γύρω από τον Ήλιο συμπιέζονται ελαφρά στους πόλους, η ταχύτητα περιστροφής μιας μαύρης τρύπας καθορίζει τον ορίζοντα γεγονότων της και τη δομή του χωροχρόνου γύρω από αυτόν. Όσο πιο γρήγορη είναι η περιστροφή τόσο πιο συμπιεσμένος είναι ο ορίζοντας».

Συχνές παρανοήσεις

What Happens if You Fall Into a Black Hole? David Kaplan explores one of the biggest mysteries in physics: the apparent contradiction between general relativity and quantum mechanics. Credit: Quanta Magazine

Όταν τον ρωτάμε τι από όλα όσα γνωρίζουμε για τις μαύρες τρύπες νομίζει ότι είναι πιο δύσκολο να «χωνέψει» το ευρύ κοινό, ο Φρανς Πρετόριους χαμογελάει. «Νομίζω πολλά. Είναι πολύ παράξενα αντικείμενα. Πιστεύω ότι το ευρύ κοινό πιάνει τη βασική ιδέα, ότι είναι ένα αντικείμενο από το οποίο η διαφυγή είναι αδύνατη. Όταν όμως αρχίζουμε να πηγαίνουμε πιο βαθιά, μάλλον υπάρχει αρκετή σύγχυση» απαντά επισημαίνοντας ότι μια συνηθισμένη παρανόηση αφορά το πόσο «αδηφάγες» είναι οι μαύρες τρύπες. «Το ότι τίποτε δεν μπορεί να ξεφύγει από αυτές δεν σημαίνει ότι οι μαύρες τρύπες ρουφάνε τα πάντα» υπογραμμίζει. «Αυτό δεν ισχύει. Πρέπει να περάσει κάποιος τον ορίζοντα γεγονότων για να μην υπάρχει διαφυγή».

Ως παράδειγμα φέρνει τη μαύρη τρύπα που βρίσκεται στο κέντρο του γαλαξία μας. «Δεν υπάρχει κίνδυνος να μας ρουφήξει ποτέ. Ενδεχομένως κάποια υλικά που θα τύχει να κινηθούν προς το μέρος της και θα περάσουν τον ορίζοντα γεγονότων της θα πέσουν μέσα σε αυτήν, όμως εμείς δεν διατρέχουμε τέτοιον κίνδυνο» εξηγεί. «Είναι όπως με τον Ήλιο, δεν πρόκειται ποτέ να πέσουμε πάνω στον Ήλιο, περιφερόμαστε γύρω από αυτόν. Οπότε δεν υπάρχει κίνδυνος ανησυχίας. Οι μαύρες τρύπες είναι κακές μόνο αν περάσουμε τον ορίζοντα γεγονότων τους, όπως ο Ήλιος είναι κακός μόνο αν πάμε να πέσουμε καταπάνω του».

Μια άλλη διαδεδομένη παρεξήγηση αφορά το περίφημο «σημείο χωρίς επιστροφή», τον ορίζοντα γεγονότων. «Ο ορίζοντας γεγονότων δεν είναι μια επιφάνεια, δεν θα το καταλάβετε καν αν τον περάσετε» λέει ο φυσικός. «Ως τόπος, ο ορίζοντας γεγονότων είναι απολύτως απαρατήρητος στον χωροχρόνο. Είναι πολύ παράξενο, όταν το σκεφτείς από απόσταση και στη θεωρία μπορείς να πεις ότι υπάρχει αυτή η περιοχή που είναι απολύτως καταστροφικό να περάσεις γιατί δεν μπορείς ποτέ να γυρίσεις πίσω από αυτήν, όμως όταν είσαι εκεί και την περνάς δεν το καταλαβαίνεις».

Ο δυναμισμός του χωροχρόνου

Και οι… παραξενιές δεν σταματούν εδώ. «Ένα άλλο παράξενο είναι ότι έξω από τις μαύρες τρύπες σκεφτόμαστε τον χώρο σαν κάτι καταρχήν στατικό και καθορισμένο, αλλά μέσα σε αυτές ο χώρος γίνεται εγγενώς δυναμικός και περιστρέφεται προς τη μοναδικότητα» εξηγεί. «Ακόμη και αυτές οι λέξεις, όταν λες «ο χωροχρόνος γίνεται ευγενώς δυναμικός», σκέφτεσαι «μα τι λέω;». Ακόμη και άνθρωποι που έχουν μελετήσει για αρκετό καιρό τη σχετικότητα είναι δύσκολο να συμφιλιωθούν με κάτι τέτοιο». Αυτό φαίνεται να ισχύει όχι μόνο για όσους μελετούν τη θεωρία αλλά και για τον ίδιο τον πατέρα της. «Νομίζω ότι αυτός είναι ένας από τους λόγους που ο Αϊνστάιν δεν πίστεψε ποτέ τη λύση του Σβάρτσιλντ (σ.σ.: η πρώτη για τις μαύρες τρύπες) και το πέρασμα του ορίζοντα» επισημαίνει ο κ. Πρετόριους. «Χρειάστηκε να φθάσουμε στις δεκαετίες του 1960 και του 1970 για να αρχίσουν οι θεωρητικοί να μελετούν αυτή τη λύση και να λένε, όσο παράξενη και αν είναι, μπορούμε πράγματι να βγάλουμε κάποιο νόημα από αυτήν. Εκτός από τη βαρυτική μοναδικότητα. Για αυτήν εξακολουθούμε να μην έχουμε αίσθηση».

Με τη «νέα αστρονομία» οι συγγραφείς του βιβλίου ευελπιστούν ότι θα αποκτήσουμε μια καλύτερη αίσθηση για το μυστήριο των μελανών οπών. «Θα μπορέσουμε ενδεχομένως να μελετήσουμε τη φύση του χωροχρόνου σε αυτό το περίεργο καθεστώς, όπου η βαρύτητα γίνεται τόσο ισχυρή – ο καλύτερος τρόπος να το πούμε είναι ότι εκεί ο χώρος και ο χρόνος καμπυλώνονται τόσο ώστε μπορούν να τυλιχτούν γύρω από τον εαυτό τους και τότε ο χώρος μπορεί να γίνει χρόνος και ο χρόνος να γίνει χώρος» εξηγεί ο καθηγητής. «Η βαρύτητα μπορεί να είναι μια πολύ διαισθητική έννοια – αυτή η έλξη, το ότι η Γη μας έλκει. Στο καθεστώς των μελανών οπών όμως η βαρύτητα είναι τόσο ισχυρή ώστε δεν μπορούμε να έχουμε καμία διαισθητική αντίληψη για αυτήν. Δεν υπάρχουν στη Γη εργαστήρια που να μπορούν να τη μετρήσουν, δεν υπάρχει τίποτε κοντά μας, στο ηλιακό μας σύστημα, από το οποίο να μπορούμε να αποκτήσουμε μια ιδέα για αυτήν. Ουσιαστικά πρόκειται για μια καθαρά θεωρητική κατασκευή».

While numerous black holes and even black hole pairs have been detected, we’d have to wait millions of years for any of them to merge. Credit: NASA/Goddard Space Flight Center/S. Immler and H. Krimm

Οι πληροφορίες από τα βαρυτικά κύματα ενδέχεται όμως να μας περάσουν από τη θεωρία στην πράξη. «Τώρα μπορούμε να δούμε πραγματικά πως η τρελή πρόβλεψη της θεωρίας του Αϊνστάιν μπορεί να ισχύει. Και υπό αυτή την έννοια οι μαύρες τρύπες μπορούν να αποτελέσουν εργαστήρια για τη μελέτη αυτής της πολύ ισχυρής βαρύτητας όπου η γεωμετρία αναποδογυρίζει, τα πάνω έρχονται κάτω και τα μέσα έξω» καταλήγει ο κ. Πρετόριους. «Κάποια στιγμή, όσο περισσότερες μαύρες τρύπες βλέπουμε, θα σταθούμε τυχεροί, θα δούμε κάποια που να βρίσκεται πολύ κοντά μας και έτσι θα μπορέσουμε να διερευνήσουμε καλύτερα το καθεστώς του χωροχρόνου που προβλέπει η θεωρία. Αυτό είναι το μοναδικό μέρος στο παρατηρήσιμο Σύμπαν όπου τα πράγματα είναι τόσο ακραία ώστε η διαίσθησή μας είναι παντελώς ανεπαρκής».

«The Little Book of Black Holes»: το «μικρό βιβλίο των μαύρων τρυπών» των Στίβεν Γκούμπσερ και Φρανς Πρετόριους, καθηγητών Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον, κυκλοφορεί από τον εκδοτικό οίκο Princeton University Press.

Πηγές: tovima.gr - http://blogs.nature.com/aviewfromthebridge/2017/03/28/imaging-black-holes/ - https://paw.princeton.edu/article/physics-behind-black-holes-explained-general-terms

Άλλη μια υποψήφια Γη. 'Super-Earth' that could host alien life is discovered

Καλλιτεχνική απεικόνιση του εξωπλανήτη K2-18b που μπορεί να είναι φιλικός στην ζωή. New research has revealed that a little-known exoplanet called K2-18b could well be a scaled-up version of Earth. Just as exciting, the same researchers also discovered for the first time that the planet has a neighbor. An artist illustrates the K2-18 planetary system. Credit: University of Montreal

Η ανακάλυψη εξωπλανητών είναι πλέον σχεδόν καθημερινή υπόθεση. Ο αριθμός τους έχει ξεπεράσει πλέον τους έξι χιλιάδες και όταν τεθούν σε λειτουργία τα νέας γενιάς διαστημικά και επίγεια τηλεσκόπια ο αριθμός τους αναμένεται να εκτοξευθεί. Το τελευταίο διάστημα η προσπάθεια των αστρονόμων έχει επικεντρωθεί στην προσπάθεια εντοπισμού πλανητών με χαρακτηριστικά παρόμοια με αυτά της Γης.

The ESO 3.6-metre telescope at La Silla. Credit: Y. Beletsky (LCO)/ESO

Μια τέτοια περίπτωση ανακοινώθηκε πριν από λίγα 24ωρα από ερευνητές του Πανεπιστημίου του Μόντρεαλ και του Πανεπιστημίου του Τέξας. Χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο του αστεροσκοπείου La Silla στην Χιλή οι ερευνητές εντόπισαν ένα εξωπλανήτη σε απόσταση 111 ετών φωτός από εμάς. Ο K2-18b όπως ονομάστηκε ο εξωπλανήτης είναι μια Σούπερ Γαία ή Υπερ Γαία, όρος που χαρακτηρίζει πλανήτες με μέγεθος 1-10 φορές μεγαλύτερο από αυτό της Γης. Οι πρώτες αναλύσεις δείχνουν ότι ο εξωπλανήτης είναι πιθανότατα βραχώδης και βρίσκεται στην λεγόμενη κατοικήσιμη ζώνη του συστήματος του. Είναι δηλαδή σε απόσταση τέτοια από το μητρικό του άστρο να υπάρχουν ευνοϊκές για την ζωή συνθήκες όπως νερό σε υγρή μορφή στην επιφάνεια του.

Ο πλανήτης διαθέτει και μια ατμόσφαιρα που και αυτή δείχνει φιλική στην ύπαρξη κάποιων μορφών ζωής έστω και σε μικροβιακό επίπεδο. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι κοντά στον K2-18b βρίσκεται άλλη μια Σούπερ Γαία. Όπως είναι ευνόητο τόσο ο εξωπλανήτης όσο και το σύστημα αυτό γενικότερα θα αποτελέσουν τώρα στόχο των επιστημόνων αφού δείχνουν αφού βάζουν σοβαρή υποψηφιότητα να διαθέτουν ζωή.

Πηγές: R. Cloutier, N. Astudillo-Defru, R. Doyon, X. Bonfils, J.-M. Almenara, B. Benneke, F. Bouchy, X. Delfosse, D. Ehrenreich, T. Forveille, C. Lovis, M. Mayor, K. Menou, F. Murgas, F. Pepe, J. Rowe, N. C. Santos, S. Udry, A. Wünsche. Characterization of the K2-18 multi-planetary system with HARPS. Astronomy & Astrophysics, 2017; 608: A35 DOI: 10.1051/0004-6361/201731558 - http://www.tovima.gr/science/physics-space/article/?aid=922346

Η NASA αναζητά «οικοδόμους» για την Σελήνη και τον Άρη. NASA Opens $2 Million Third Phase of 3D-Printed Habitat Competition

Aνακοίνωσε ότι ξεκινά η τρίτη φάση του προγράμματος κατασκευής κατοικιών. NASA has opened registration for Phase 3 of its 3D Printed Habitat Challenge. Credit: NASA

Η NASA ανακοίνωσε ότι ξεκινά η τρίτη φάση του προγράμματος κατασκευής κατοικιών στην Σελήνη και τον Άρη 3D Printed Habitat Challenge και καλεί σε αυτόν τον δικτυακό τόπο https://www.bradley.edu/challenge/ όσους ενδιαφέρονται να καταθέσουν τις αιτήσεις και τις προτάσεις τους. 

A beam 3-D printed by team MoonX of South Korea, who won first place in the 3D-Printed Habitat Challenge, Phase 2: Level 2 competition. For this level, teams had to 3-D print a structure for bend testing. Credits: Courtesy of team MoonX

Σε αυτή την τρίτη φάση του διαγωνισμού η διαστημική εταιρεία των ΗΠΑ προσφέρει δύο εκατ. δολάρια στους συμμετέχοντες ώστε να δημιουργήσουν μικροσκοπικές κατοικίες χρησιμοποιώντας τοπικά υλικά από την περιοχή στην οποία θα κατασκευαστεί η κατοικία. Για παράδειγμα, μια κατοικία στην Σελήνη αποτελούμενη από ρεγκόλιθο ή κάποιο άλλο υλικό από το έδαφος του φυσικού μας δορυφόρου.

Ο ρεγκόλιθος είναι ένα ενδιάμεσο χαλαρό στρώμα μεταξύ του εδάφους και του μητρικού πετρώματος που ονομάζεται μανδύας αποσάθρωσης ή ρεγκόλιθος και αποτελείται από θραύσματα πετρωμάτων, ορυκτών και γυαλιού. Ρεγκόλιθος υπάρχει στη Γη, στη Σελήνη και τον Άρη. 

 

An artist's illustration of a Mars habitat and vehicle. To help generate ideas about how to build housing on the Red Planet, NASA is hosting the 3D-Printed Habitat Challenge. Credit: NASA

«Το όραμα μας είναι να καταφέρουμε κάποια στιγμή να στείλουμε στην Σελήνη, τον Άρη και άλλους πλανήτες αυτόνομες μηχανές οι οποίες θα κατασκευάζουν κατοικίες για ανθρώπους. Το ίδιο μπορεί να συμβεί και στην Γη για να κατασκευάζονται εύκολα, γρήγορα και με πολύ χαμηλό κόστος κατοικίες όπου υπάρχει για διαφόρους λόγους άμεση ανάγκη εγκατάστασης ανθρώπων ή σε περιοχές που δεν είναι εύκολη η μεταφορά συμβατικών οικοδομικών υλικών αλλά και εξειδικευμένου εργατικού δυναμικού» αναφέρει στην σχετική ανακοίνωση της NASA. 

The first-place award of $25,000 went to Team Space Exploration Architecture and Clouds Architecture Office of New York, New York, for their design, Mars Ice House. Image credit: NASA

Η αμερικανική διαστημική υπηρεσία εξετάζει διάφορα σχέδια και προτάσεις καταλυμάτων στην Σελήνη και τον Άρη. Ένα από αυτά είναι αφορά ένα θόλο δύο επιπέδων. Στο ένα επίπεδο θα υπάρχουν τα εργαστήρια, οι χώροι εργασίας, οι αποθήκες εξοπλισμού και τροφίμων, η κουζίνα, η τραπεζαρία, γυμναστήριο και το μπάνιο και στο άλλο επίπεδο τα υπνοδωμάτια. Η βάση αυτή είναι σχεδιασμένη για να κατοικούν εκεί έξι άτομα.

Πηγές: http://www.nasa.gov/winit - http://www.tovima.gr/science/physics-space/article/?aid=921896

Μια... κβαντική πεταλούδα με την υπογραφή Έλληνα φυσικού. Butterfly pattern emerges from quantum simulation

Η κβαντική πεταλούδα ανοίγει τα φτερά της στις κβαντικές εφαρμογές. The computational processing power of quantum bits (qubits) is poised to have profound impacts on diverse fields of science and engineering. Using 9 superconducting qubits, researchers at Google and the University of California Santa Barbara, the National University of Singapore and Technical University of Crete, were able to simulate the intricate energy spectrum predicted for 2-D electrons in a magnetic field, the Hofstadter butterfly. This graphic is based on experimental data. Credit: Visual Science/Google

Ερευνητές της Google, του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια και του Πολυτεχνείου Κρήτης, με επικεφαλής έναν Έλληνα φυσικό, χρησιμοποίησαν έναν κβαντικό προσομοιωτή σε ένα κβαντικό επεξεργαστή της Google, για να δημιουργήσουν μια κβαντική... πεταλούδα.

The computational processing power of quantum bits (qubits) is poised to have profound impacts on diverse fields of science and engineering. The picture is a photograph of a superconducting chip (area of entire chip: 1 cm2) consisting of 9 qubits in a 1-D array. Microwave pulses are applied to control the states of the qubits and their interaction and control the dynamics in the system. Such Josephson-junction based superconducting systems are a leading physical implementation for quantum computation and simulation processing. Credit: Erik Lucero, Google

Οι κβαντικοί προσομοιωτές είναι κβαντικοί υπολογιστές συγκεκριμένου σκοπού που βασίζονται σε κβαντικά «τσιπάκια» και θα βοηθήσουν μελλοντικά τους επιστήμονες, μεταξύ άλλων πρακτικών εφαρμογών, να ανακαλύψουν υλικά με εξωτικές και χρήσιμες ιδιότητες. Το νέο επίτευγμα αποτελεί ένα σημαντικό βήμα προόδου προς αυτή την κατεύθυνση, καθώς δείχνει ότι οι κβαντικοί προσομοιωτές αρχίζουν πλέον να λειτουργούν ως ισχυρά εργαλεία.

Η πεταλούδα Hofstadter

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον Δημήτρη Αγγελάκη, αναπληρωτή καθηγητή του Πολυτεχνείου Κρήτης και συνεργαζόμενο ερευνητή του Κέντρου Κβαντικών Τεχνολογιών της Σιγκαπούρης, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό "Science", χρησιμοποίησαν φωτόνια στον κβαντικό επεξεργαστή της Google για να προσομοιώσουν το σχήμα της λεγόμενης «πεταλούδας Χοφστάντερ», μιας όμορφης γεωμετρικής μορφοκλασματικής δομής (φράκταλ), που χαρακτηρίζει τη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων σε ισχυρά μαγνητικά πεδία.

«Πάντα είχαμε την ιδέα ότι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τα φωτόνια για να προσομοιώσουμε και να κατανοήσουμε καλύτερα τη φύση. Η ερευνητική συνεργασία μας πετυχαίνει πλέον κάτι τέτοιο στην πράξη», δήλωσε ο Αγγελάκης, ο οποίος συνεργάσθηκε με ομάδα ερευνητών της Google και του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια-Σάντα Μπάρμπαρα με επικεφαλής τον πρωτοπόρο της κβαντικής υπολογιστικής τεχνολογίας καθηγητή Τζον Μαρτίνις.

The computational processing power of quantum bits (qubits) is poised to have profound impacts on diverse fields of science and engineering. Using 9 superconducting qubits, researchers at Google and the University of California Santa Barbara, the National University of Singapore and Technical University of Crete, were able to simulate the intricate energy spectrum predicted for 2-D electrons in a magnetic field, the Hofstadter butterfly. This graphic is based on experimental data. Credit: Visual Science/Google

Ο επεξεργαστής της Google διέθετε μια αλυσίδα εννέα υπεραγώγιμων κβαντικών δυφίων (quantum bits ή qubits). Η «πεταλούδα Hofstadter» είχε εμφανισθεί για πρώτη φορά το 1976, σε υπολογισμούς ηλεκτρονίων σε ένα δισδιάστατο υλικό με ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Η πεταλούδα απεικονίζει τις μεταβολές στα ενεργειακά επίπεδα των ηλεκτρονίων, καθώς μεταβάλλεται η ισχύς του μαγνητικού πεδίου.

Στην κβαντική προσομοίωση τα φωτόνια έπαιξαν το ρόλο των ηλεκτρονίων, ενώ οι «πύλες» των qubits ήσαν το ανάλογο ενός μαγνητικού πεδίου. Το φράκταλ της κβαντικής πεταλούδας προέκυψε, καθώς οι ερευνητές έκαναν τις σχετικές μετρήσεις με τη βοήθεια μιας νέας φασματοσκοπικής τεχνικής, που βαφτίσθηκε «χτύπα και άκου» και η οποία «χαρτογραφεί» τα ενεργειακά επίπεδα των σωματιδίων του φωτός στα qubits.

Dimitris Angelakis is a tenured Associate Professor at School of Electronic and Computer Engineering, Technical University of Crete and jointly a Principal Investigator  at Centre for Quantum Technologies, Singapore leading the Quantum Optics and Quantum Simulators Group. His background is in theoretical quantum physics and quantum optics. His research interest are in quantum optical implementations of quantum computation and quantum simulation, quantum many-body physics and quantum technologies. He quite enjoys discussing science at all levels,  sampling good wine and tries to learn play the Cretan Lyra.

Ο Δημήτρης Αγγελάκης είναι αναπληρωτής καθηγητής στη Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Πολυτεχνείου Κρήτης και διευθυντής της ερευνητικής ομάδας Κβαντικής Οπτικής και Κβαντικής Πληροφορίας (QOQI). Εργάζεται παράλληλα σαν επισκέπτης κύριος ερευνητής στo Κέντρο Κβαντικών Τεχνολογιών του Εθνικού Πανεπιστημίου της Σιγκαπούρης. Σπούδασε Φυσική στο Πανεπιστήμιο Κρήτης και πήρε το διδακτορικό δίπλωμά του στη Θεωρητική Φυσική από το Imperial College του Λονδίνου το 2002.

Πηγές: "Spectroscopic signatures of localization with interacting photons in superconducting qubits" Science (2017). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.aao1401 - http://www.tovima.gr/science/technology-planet/article/?aid=921622

To Voyager 1 πυροδοτεί τους προωθητήρες του μετά από 37 χρόνια. Voyager 1 Fires Up Thrusters After 37 Years

Αν προσπαθήσετε να βάλετε μπροστά ένα αυτοκίνητο που κάθεται στο γκαράζ για δεκαετίες, το πιο πιθανό είναι ο κινητήρας του να μην ανταποκριθεί. Όμως οι 4 εφεδρικοί προωθητήρες του διαστημικού σκάφους Voyager 1 πυροδοτήθηκαν με επιτυχία την περασμένη Τετάρτη, μετά από 37 χρόνια αδράνειας. The Voyager team is able to use a set of four backup thrusters, dormant since 1980. They are located on the back side of the spacecraft in this orientation. Credit: NASA/JPL-Caltech

Εφεδρικούς προωθητήρες του μετά από 37 ολόκληρα χρόνια ενεργοποίησε επιτυχώς το Voyager 1 της NASA την περασμένη Τετάρτη, το πιο ταχύ και πιο απομακρυσμένο διαστημόπλοιο της αμερικανικής διαστημικής υπηρεσίας, το οποίο όπως επισημαίνεται σε σχετική ανακοίνωσή της είναι το μόνο φτιαγμένο από ανθρώπινα χέρια αντικείμενο το οποίο βρίσκεται στο διαστρικό διάστημα, δηλαδή το διαστημικό περιβάλλον ανάμεσα στα άστρα.

To Voyager 1, που πετά εδώ και 40 χρόνια, βασίζεται σε μια σειρά από μικρές συσκευές, τους προωθητήρες του (thrusters) για να αλλάζει προσανατολισμό έτσι ώστε να είναι σε θέση να επικοινωνεί με τη Γη. Αυτοί οι προωθητήρες πυροδοτούνται σε μικρές «ριπές» που διαρκούν μιλισεκόντ, για να περιστρέφεται απαλά το σκάφος, έτσι ώστε η κεραία του να «κοιτά» προς τον πλανήτη. Πλέον η ομάδα του Voyager είναι σε θέση να χρησιμοποιεί ένα σετ από τέσσερις εφεδρικούς προωθητήρες, που ήταν ανενεργοί από το 1980.

«Με αυτούς τους προωθητήρες που είναι ακόμα λειτουργικοί μετά από 37 χρόνια άνευ χρήσης, θα είμαστε σε θέση να επεκτείνουμε τη διάρκεια ζωής του διαστημοπλοίου Voyager 1 κατά δύο με τρία χρόνια» σημειώνει η Σουζάν Ντοντ, project manager του Voyager στο Jet Propulsion Laboratory της NASA στην Καλιφόρνια.

Από το 2014, μηχανικοί είχαν αντιληφθεί πως οι προωθητήρες που το Voyager 1 χρησιμοποιούσε για να αλλάζει τον προσανατολισμό του (attitude control thrusters) υποβαθμίζονταν. Με το πέρασμα του χρόνου, οι προωθητήρες χρειάζονται περισσότερες ριπές για να παράγουν την ίδια ποσότητα ενέργειας- και, όπως γίνεται εύκολα αντιληπτό, σε απόσταση 20 δισεκατομμυρίων χιλιομέτρων από τη Γη, δεν είναι ακριβώς η συντήρηση/ επισκευή τους.

Η ομάδα του Voyager συγκέντρωσε ειδικούς σε θέματα κινητήρων/ προώθησης στο Jet Propulsion Laboratory για να ασχοληθούν με το θέμα. Οι Κρις Τζόουνς, Ρόμπερτ Σότγουελ, Καρλ Γκέρνσεϊ και Τοντ Μπάρμπερ ανέλυσαν επιλογές και προέβησαν σε προβλέψεις σχετικά με το πώς θα αντιδρούσε το σκάφος σε διαφορετικά σενάρια. Εν τέλει συμφώνησαν σε μια ασυνήθιστη λύση: Να αναθέσουν τη δουλειά του προσανατολισμού του σκάφους σε μια σειρά προωθητήρων που ήταν ανενεργοί εδώ και 37 χρόνια.

Η ομάδα πτήσης του Voyager έψαξε και βρήκε δεδομένα ηλικίας δεκαετιών και εξέτασε το λογισμικό, που ήταν γραμμένο σε «αρχαία» γλώσσα προγραμματισμού για να διασφαλίσει πως ήταν δυνατόν να δοκιμαστούν με ασφάλεια οι προωθητήρες.

Sit back and enjoy the view from the Voyagers' epic journey through the solar system. See iconic images of planets and moons, including Jupiter, Io, Europa, Saturn, Titan, Uranus, Neptune and Triton, set to music. Credit: NASA Jet Propulsion Laboratory

Τον πρώτο καιρό της αποστολής του, το Voyager 1 πέρασε από τον Δία, τον Κρόνο και φεγγάρια τους. Για να γίνουν με ακρίβεια αυτά τα περάσματα και να στοχευθούν τα όργανά τους στους στόχους τους, οι μηχανικοί χρησιμοποίησαν προωθητήρες TCM (trajectory correction maneuver- ελιγμών διόρθωσης τροχιάς) οι οποίοι είναι ίδιου μεγέθους και λειτουργίας με τους προωθητήρες ελέγχου στάσης (attitude control), και βρίσκονται στο πίσω μέρος του διαστημοπλοίου. Ωστόσο, επειδή η τελευταία συνάντηση του Voyager με πλανήτη ήταν με τον Κρόνο, η ομάδα του Voyager δεν τους είχε χρησιμοποιήσει από τις 8 Νοεμβρίου 1980. Τότε, οι προωθητήρες αυτοί είχαν χρησιμοποιηθεί σε κατάσταση συνεχούς λειτουργίας- όχι σε κοφτές ριπές για αλλαγή προσανατολισμού του διαστημοπλοίου.

Την Τρίτη, 28 Νοεμβρίου, οι μηχανικοί του Voyager ενεργοποίησαν τους τέσσερις προωθητήρες TCM για πρώτη φορά μέσα σε 37 χρόνια και δοκίμασαν το κατά πόσο ήταν σε θέση να αλλάξουν τον προσανατολισμό του σκάφους χρησιμοποιώντας μικρές ριπές των 10 μιλισεκόντ. Οι ερευνητές ανέμεναν 19 ώρες και 35 λεπτά για να φτάσουν  τα αποτελέσματα της δοκιμής σε μια κεραία στο Γκόλντστοουν της Καλιφόρνιας (τμήμα του Deep Space Network της NASA). Εν τέλει, όπως διαπιστώθηκε την Τετάρτη, 29 Νοεμβρίου, οι προωθητήρες TCM λειτουργούσαν τέλεια- όπως και οι άλλοι προωθητήρες (attitude control).

Τώρα στόχος είναι η μετάβαση στους προωθητήρες TCM τον Ιανουάριο. Για να γίνει αυτό, το Voyager θα πρέπει να ενεργοποιήσει μια συσκευή θέρμανσης ανά προωθητήρα, κάτι που απαιτεί ενέργεια, που πλέον σπανίζει στο σκάφος. Όταν δεν υπάρχει πλέον ενέργεια για να λειτουργούν οι συσκευές θέρμανσης, τότε θα γίνει μετάβαση πίσω στους προωθητήρες attitude control. Σημειώνεται πως, λόγω της επιτυχούς δοκιμής, είναι πολύ πιθανό να γίνει κάτι αντίστοιχο και στο «δίδυμο» σκάφος του Voyager 1, το Voyager 2, το οποίο αναμένεται να βγει στο διαστρικό διάστημα μέσα στα επόμενα χρόνια.

Πηγές: https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2017-310 - http://www.naftemporiki.gr/story/1301111/to-voyager-1-ebale-mprosta-efedrikous-proothitires-meta-apo-37-xronia

Είναι η διαπλανητική σκόνη ο ταχυδρόμος της ζωής; Space dust may transport life between worlds

Η κοσμική σκόνη ίσως είναι αυτή που μεταφέρει τη ζωή μέσα στο Σύμπαν. Life on our planet might have originated from biological particles brought to Earth in streams of space dust, a study suggests. Credit: CC0 Public Domain

Η αναζήτηση της προέλευσης της ζωής στη Γη αποτελεί διαχρονική επιστημονική αναζήτηση, με πολλές θεωρίες να έχουν πέσει στο τραπέζι του διαλόγου. Δύο είναι οι δημοφιλέστερες θεωρίες. Η μία αναφέρει ότι είτε έμμεσα είτε άμεσα για τη ζωή στην Γη ευθύνονται οι αστεροειδείς και οι κομήτες. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία οι μεγάλοι διαστημικοί βράχοι είτε έφεραν το νερό στη Γη μέσα στο οποίο γεννήθηκαν οι πρώτες μορφές ζωής είτε μετέφεραν τα δομικά υλικά της ζωής τα οποία βρήκαν στον πλανήτη μας το κατάλληλο περιβάλλον για να «συναρμολογηθούν» έτσι ώστε να δημιουργηθούν οι πρώτοι οργανισμοί. Η δεύτερη θεωρία αναφέρει ότι η ζωή γεννήθηκε στις υδροθερμικές πηγές που βρίσκονται στους πυθμένες των ωκεανών.

Ομάδα ερευνητών με επικεφαλής επιστήμονες της Σχολής Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου του Εδιμβούργου υποστηρίζει ότι είναι πιθανό η ζωή να… κυκλοφορεί στο Σύμπαν με τη λεγόμενη κοσμική σκόνη. Η κοσμική σκόνη ή διαστημική σκόνη αποτελείται από σωματίδια ύλης σε στερεά κατάσταση, που βρίσκονται στον πέρα από τη Γη διαστημικό χώρο. Η μέση διάμετρος αυτών των σωματιδίων κυμαίνεται από συσσωματώματα λίγων μορίων μέχρι 0,1 χιλιοστών. Η κοσμική σκόνη διακρίνεται με βάση τη θέση της σε διαγαλαξιακή, διαστρική ή μεσοαστρική, διαπλανητική και σκόνη που περιφέρεται γύρω από πλανήτες. Η διαπλανητική σκόνη είναι αυτή που βρίσκεται στον χώρο μεταξύ των πλανητών και σύμφωνα με τους ερευνητές είναι αυτή που μπορεί μεταφέρει όχι μόνο δομικά υλικά της ζωής αλλά και διάφορους μικροοργανισμούς όπως μικρόβια, σπόρους φυτών ή ακόμη και μικροσκοπικά ζώα όπως τα Βραδύπορα.

Τα Βραδύπορα είναι μικρά αρθρωτά ζώα συγγενικά με τα αρθρόποδα και έχει διαπιστωθεί ότι μπορούν να επιβιώνουν στις ακραίες και καθόλου φιλικές στη ζωή διαστημικές συνθήκες. Οι ερευνητές αναφέρουν ότι πρέπει να δεχτούμε ως δεδομένο ότι η διαπλανητική σκόνη είναι υπεύθυνη για την παρουσία της ζωής σε πολλούς πλανήτες και έτσι υπάρχει αυξημένη πιθανότητα ανάμεσα σε αυτούς να είναι και η Γη. 

Η θεωρία αυτή ενισχύει τη θεωρία των φυσαλίδων που είχε διατυπώσει πριν από λίγα χρόνια ομάδα διακεκριμένων επιστημόνων. Σύμφωνα με αυτήν, η ζωή σχηματίζεται, αναπτύσσεται και καλύπτει τον χώρο με τον ίδιο τρόπο που σχηματίζονται, αναπτύσσονται και καλύπτουν τον χώρο οι φυσαλίδες σε μια κατσαρόλα με νερό που βράζει. Στη συνέχεια διάφορα φυσικά φαινόμενα διασπείρουν τις φυσαλίδες (και τη ζωή) σε όλα τα μήκη και πλάτη ενός γαλαξία.

Έτσι κατά τους ερευνητές η ζωή μπορεί να εξαπλωθεί μέσα στο Σύμπαν πολύ πιο γρήγορα από ό,τι στην περίπτωση που η εμφάνισή της γίνεται κάθε φορά κάπου μεμονωμένα βάσει των τοπικών συνθηκών που επικρατούν στο σημείο όπου εμφανίζεται. Με βάση τη θεωρία τους οι ερευνητές εικάζουν ότι μπορεί μια τέτοια φυσαλίδα να έφτασε ως τη Γη και να μετέτρεψε τον πλανήτη μας σε έναν παράδεισο της ζωής. «Η ζωή μπορεί να μεταδίδεται από ένα αστρικό σύστημα σε ένα άλλο με έναν τρόπο παρόμοιο με το ξέσπασμα μιας επιδημίας. Θα μπορούσε έτσι κάποιος να πει ότι ο Γαλαξίας μας μπορεί να μολυνθεί κάποια στιγμή από πολλούς θύλακες που περιέχουν ζωή» αναφέρει ο Αβι Λεμπ του Κέντρου Αστροφυσικής Harvard-Smithsonian, εκ των επιστημόνων που διατύπωσαν τη συγκεκριμένη νέα θεωρία. Επειδή οι φυσαλίδες είναι μια ολίγον αφηρημένη έννοια θα μπορούσε κάποιος να πει ότι η διαπλανητική σκόνη της νέας θεωρίας αντιστοιχεί σε αυτές τις «φυσαλίδες». Ας ρίξουμε όμως μια ματιά και σε μερικές ακόμη ενδιαφέρουσες θεωρίες για την εμφάνιση της ζωής.

Οι καταιγίδες

Artist’s concept of the active young Sun 4 billion years ago. Its energy may have aided in creating molecules in the atmosphere of early Earth that allowed it to warm up enough to incubate life. Image credit: NASA / GSFC / CIL.

Επιστήμονες της NASA διατύπωσαν μια ενδιαφέρουσα και σίγουρα απρόσμενη θεωρία για την ύπαρξη της ζωής στον πλανήτη μας. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία το φιλικό για τη ζωή περιβάλλον στη Γη δημιούργησαν έντονες ηλιακές καταιγίδες!  Όταν σχηματίστηκε η Γη πριν από περίπου τέσσερα δισ. έτη ο Ήλιος βρισκόταν και αυτός σε νεαρή ηλικία και είχε πολύ μικρότερη φωτεινότητα από τη σημερινή. Αυτό σημαίνει ότι δεν παρείχε την απαραίτητη θερμότητα και ενέργεια στη Γη ώστε να μπορούν να αναπτυχθούν συνθήκες που να μπορούν να υποστηρίξουν την παρουσία της ζωής. Σύμφωνα όμως με τη νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Nature Geoscience» εκείνη την εποχή το μητρικό μας άστρο συγκλονιζόταν από συνεχείς εκρήξεις, γνωστές ως ηλιακές εκλάμψεις ή ηλιακές καταιγίδες.

Αυτές οι εκρήξεις εκτοξεύουν στο Διάστημα γιγάντιες ποσότητες ακτινοβολίας και φορτισμένων σωματιδίων. Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι αυτές οι έντονες ηλιακές καταιγίδες όχι μόνο αύξησαν τη θερμότητα στη Γη αλλά κυρίως παρείχαν την απαραίτητη ενέργεια ώστε να μετατρέψουν τα απλά μόρια που είχαν δημιουργηθεί στον πλανήτη σε σύνθετα και να κάνουν την εμφάνισή τους τα δομικά για τη ζωή υλικά RNA και DNA. 

Τα πετρώματα

New research into the 'deep biosphere' indicates that the first replicating life-forms on the planet may have originated deep underground. Getty

Ερευνητική ομάδα στις ΗΠΑ υποστήριξε πριν από λίγο καιρό ότι είναι πιθανό οι πρώτες αυτοαναπαραγόμενες μορφές ζωής στη Γη να δημιουργήθηκαν στο υπέδαφος και μάλιστα σε μεγάλα βάθη. Βασίζουν αυτή τους την εκτίμηση τους στον εντοπισμό μικροβιακών μορφών ζωής σε βάθος 5 χλμ.

Ερευνητές του Πολιτειακού Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν διεξήγαγαν αναλύσεις και μελέτες σε περιοχές της Γης που οι ειδικοί ονομάζουν «βαθιά βιόσφαιρα». Πρόκειται για περιοχές σε μεγάλα βάθη του πλανήτη. Ανακάλυψαν μικροβιακές μορφές ζωής που ζουν σε βάθη 5 χλμ. Εκτιμούν ότι τα μικρόβια αυτά ζουν αποκομμένα από τη βιόσφαιρα της επιφάνειας για εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια έτη. Τα μικρόβια που εντόπισαν οι ερευνητές αποτελούν μια ανεξάρτητη κοινότητα μικροβίων που δεν επικοινωνεί με εκείνες της... άνω βιοσφαίρας. Από τις αναλύσεις όμως διαπιστώθηκε ότι τα μικρόβια του... κάτω κόσμου έχουν γενετικές ομοιότητες με εκείνα που ζουν στην επιφάνεια της Γης, γεγονός που υποδεικνύει την ύπαρξη ενός κοινού προγόνου ο οποίος υπήρχε την περίοδο εμφάνισης της ζωής στη Γη. 

Nature produces hydrogen through 'serpentinisation.' When water meets the mineral olivine under pressure, the rock absorbs mostly oxygen atoms transforming olivine into serpentine. The complex network of fracturing also creates habitat for subsurface microbial communities.

Η θεωρία αυτή ενισχύει μια παρεμφερή που κερδίζει συνεχώς έδαφος στην επιστημονική κοινότητα. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, η ζωή στη Γη δημιουργήθηκε μέσα σε μικρές σχισμές υπόγειων πετρωμάτων. Κάποια είδη πετρωμάτων κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης μπορούν να παραγάγουν υδρογόνο και μεθάνιο. Με αυτά τα στοιχεία θα μπορούσαν να τροφοδοτούνται μικροβιακές μορφές ζωής και να μην έχουν έτσι ανάγκη την ενέργεια του Ηλίου. Φυσικά για τον σχηματισμό (και) των υπόγειων μορφών ζωής απαραίτητο συστατικό είναι το νερό. Οι θιασώτες αυτής της θεωρίας αναφέρουν ότι μικρές ποσότητες νερού που κύλησαν μέσα στις σχισμές των υπόγειων πετρωμάτων ήταν αρκετές για να συμβάλουν στη δημιουργία των «εναλλακτικών» μικροβίων.

Πηγές: Space dust collisions as a planetary escape mechanism. arxiv.org/abs/1711.01895  - https://www.nature.com/articles/ngeo2719 - http://www.tovima.gr/science/article/?aid=921034

Τα βαρυτικά κύματα και η προέλευση των μαύρων τρυπών. Gravitational waves could shed light on the origin of black holes

Οι ανιχνεύσεις βαρυτικών κυμάτων από συγχώνευσεις μαύρων τρυπών στις απομακρυσμένες περιοχές του σύμπαντος θα μπορούσαν να μας αποκαλύψουν την προέλευση των μαύρων τρυπών: προκύπτουν μόνο ως υπολείμματα μετά τον θάνατο των άστρων ή  υπάρχουν και αρχέγονες μαύρες τρύπες που σχηματίστηκαν στο πρώιμο σύμπαν από την απευθείας συσσώρευση βαρυονικής ύλης; The LIGO experiment has made several detections of colliding black holes. Future gravitational wave experiments might detect such events much further back in time, which could shed light on how black holes form. Credit: RUSSELL KIGHTLEY/SCIENCE PHOTO LIBRARY

Οι πρόσφατες ανακαλύψεις των βαρυτικών κυμάτων από συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών και άστρων νετρονίων έχουν οδηγήσει σε μια νέα εποχή της αστρονομίας. Πλέον μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τα δεδομένα των ανιχνευόμενων βαρυτικών κυμάτων για να διερευνήσουμε φαινόμενα που διαφορετικά θα παρέμεναν αόρατα. Θα μπορούσαμε, για παράδειγμα, να ρίξουμε φως στην προέλευση των μαύρων τρυπών.

Σύμφωνα με την καθιερωμένη θεωρία οι μαύρες τρύπες αποτελούν τα απομεινάρια του εντυπωσιακού φινάλε της ζωής των άστρων ως εκρήξεις σουπερνόβα, το οποίο σημαίνει ότι οι μαύρες τρύπες δεν θα μπορούσαν να έχουν σχηματιστεί νωρίτερα από τα πρώτα άστρα. 

Οι Σάββας Κουσιάππας του Πανεπιστημίου Brown και Abraham Loeb του Πανεπιστημίου Harvard βρήκαν τρόπο για να ελεγχθεί αυτή ιδέα κάνοντας θεωρητικούς υπολογισμούς για την αρχέγονη εποχή, στην οποία θα μπορούσαν να σχηματιστούν βαρυονικές μαύρες τρύπες από την απευθείας συσσώρευση βαρυονικής ύλης – της συνηθισμένης ύλης των άστρων και των πλανητών [Maximum Redshift of Gravitational Wave Merger Events].

Υποθέτοντας ότι ο σχηματισμός των μαύρων τρυπών ακολουθεί τον σχηματισμό των άστρων, οι ερευνητές υπολογίζουν τον ρυθμό με τον οποίο ανιχνεύονται οι συγκρούσεις μαύρων τρυπών σε μεγάλες ερυθρές μετατοπίσεις.

Διαπίστωσαν ότι για μια ερυθρά μετατόπιση z≥40 – όπου τα παρατηρούμενα αντικείμενα σχηματίστηκαν κατά τα πρώτα 65 εκατομμύρια χρόνια μετά την Μεγάλη Έκρηξη – ο ρυθμός των συγκρούσεων θα έπρεπε να έχει μειωθεί σε λιγότερο από μία ανά έτος. 

Τα βαρυτικά κύματα θα μπορούσαν να μας αποκαλύψουν την προέλευση των μαύρων τρυπών. Observations of black hole mergers in the very distant Universe could indicate whether all black holes form from stars. 

Αυτή η εποχή θα μπορεί να μελετηθεί από την επόμενη γενιά ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων. Εάν οι ανιχνευτές αυτοί διαπιστώσουν ότι οι μαύρες τρύπες συγχωνεύονταν συχνότερα από μία φορά το χρόνο κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, τότε σχηματίστηκαν τουλάχιστον μερικές μαύρες τρύπες πριν από τα άστρα: Αυτές είναι είτε αρχέγονα υπολείμματα του νηπιακού σύμπαντος είτε προϊόντα ασυνήθιστα πυκνών περιοχών που είναι πιο συχνά σε σχέση με τις προβλέψεις των τωρινών θεωρητικών μοντέλων. Η εύρεση αποδείξεων για την ύπαρξη των αρχέγονων μαύρων τρυπών θα μπορούσε να ρίξει φως στη φύση της σκοτεινής ύλης ή στην προέλευση της κοσμικής δομής στο πρώιμο Σύμπαν.

Πηγές: https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.119.221104 - physicsgg