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

Ανακαλύφθηκε το μυστικό του καλού ύπνου! Purpose in life by day linked to better sleep at night

Felice Casorati, Dreaming of Pomegranates, 1913. Οι άνθρωποι που έχουν έναν καλό λόγο να ξυπνήσουν το επόμενο πρωί αντιμετωπίζουν λιγότερα προβλήματα ύπνου. Having a purpose in life means you are more likely to sleep better at night with less sleep apnea and restless leg syndrome, reports a new study. Cultivating a purpose in life could be drug-free strategy to improve sleep, scientists said. The study participants were older adults -- who tend to have more insomnia and sleep disturbances -- but researchers said the findings are likely applicable to the broader public.

Λένε πως η καθαρή συνείδηση αποτελεί εγγύηση για έναν ήσυχο ύπνο. Αλλά τώρα αμερικανοί ερευνητές υποστηρίζουν ότι το μυστικό για έναν καλό ύπνο είναι να έχεις έναν καλό λόγο να ξυπνήσεις το επόμενο πρωί, σύμφωνα με άρθρο που δημοσίευσαν στο επιστημονικό έντυπο Sleep, Science and Practice.

Στην πρώτη στο είδος της μελέτη, οι επιστήμονες της Ιατρικής Σχολής Feinberg στο Πανεπιστήμιο Northwestern του Ιλινόις, διαπίστωσαν ότι οι άνθρωποι που έχουν έναν σκοπό στη ζωή τους έχουν λιγότερα προβλήματα ύπνου και βελτιωμένη ποιότητα ύπνου.

Κι ενώ οι περισσότεροι συμμετέχοντες στο δείγμα ήταν ηλικιωμένοι, οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι τα αποτελέσματά τους αφορούν άτομα κάθε ηλικίας και τελικά το αν ο ύπνος θα είναι καλός εξαρτάται από παράγοντες που καθορίζονται πολύ πριν πέσει κανείς να κοιμηθεί.

Στη μελέτη έλαβαν μέρος 823 άτομα, 60-100 ετών, που απάντησαν σε δέκα ερωτήσεις για τον σκοπό της ζωής τους και σε 32 ερωτήσεις που αφορούσαν τις συνήθειες του ύπνου τους. Όσοι αισθάνονταν ότι η ζωή τους είχε κάποιο νόημα είχαν 63% λιγότερες πιθανότητες να έχουν άπνοια ύπνου και 52% λιγότερες πιθανότητες να πάσχουν από το σύνδρομο ανήσυχων ποδιών. Επίσης, είχαν καλύτερη ποιότητα ύπνου.

Στόχος το να έχουμε στόχο

Gustave Courbet, Sleeping Nude, 1858. What’s the secret?

«Το να έχει κανείς έναν σκοπό στη ζωή του μπορεί να είναι μια καλή εναλλακτική θεραπεία για τη βελτίωση της ποιότητας του ύπνου του. Και το να έχει στόχους ο άνθρωπος είναι κάτι που μπορεί να καλλιεργηθεί και να ενισχυθεί με συμπεριφορικές παρεμβάσεις», εξηγεί ο κύριος συγγραφέας της μελέτης Τζέισον Ονγκ, επίκουρος καθηγητής Νευρολογίας στο αμερικάνικο πανεπιστήμιο.

Να σημειωθεί ότι, τα προβλήματα ύπνου έχουν σχετιστεί με διάφορες παθήσεις, περιλαμβανομένων της νόσου Αλτσχάιμερ, της παχυσαρκίας, της καρδιακής νόσου, του διαβήτη, του κοινού κρυολογήματος και της γρίπης.

Οι ενήλικοι συστήνεται να κοιμούνται από επτά έως εννέα ώρες κάθε βράδυ, αλλά η ακριβής ποσότητα ύπνου που χρειάζεται κάποιος διαφέρει από άτομο σε άτομο, ανάλογα με την ηλικία, τον τρόπο ζωής του και το DNA του.

Πηγές: Arlener D. Turner, Christine E. Smith, Jason C. Ong. Is purpose in life associated with less sleep disturbance in older adults? Sleep Science and Practice, 2017; 1 (1) DOI: 10.1186/s41606-017-0015-6 - http://www.tovima.gr/science/medicine-biology/article/?aid=890925

Τα βαρυτικά κύματα θα ξεσκεπάσουν τις 6 επιπλέον χωρικές διαστάσεις; Tying loose ends? Gravitational waves could solve string theory, study claims

Μια νέα δημοσίευση υποδεικνύει ότι η ύπαρξη των έξι επιπλέον διαστάσεων – που υποθέτει η θεωρία των χορδών – θα μπορούσε να αποδειχθεί από τους ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων. New paper suggests that the hotly contested physics thesis, which involves the existence of six ‘extra dimensions’, may be settled by cutting-edge laser detectors. A visualisation of gravitational waves at the Max Planck Institute for Gravitational Physics. Photograph: Julian Stratenschulte/EPA

Η θεωρία των χορδών φιλοδοξεί να ενοποιήσει τους νόμους της φυσικής σε ένα μοναδικό κομψό πλαίσιο. Πολλοί όμως φυσικοί την αμφισβητούν έντονα γιατί δεν υπάρχει καμία πειραματική επαλήθευση της θεωρίας μέχρι σήμερα – και κάποιοι θεωρούν πως είναι αδύνατον να υπάρξουν οποιεσδήποτε πειραματικές αποδείξεις για τέτοιου είδους θεωρίες.

Τώρα, μια νέα δημοσίευση υποστηρίζει πως είναι δυνατή η πειραματική επαλήθευση ή απόρριψη της θεωρίας των χορδών. Η μελέτη υποδεικνύει ότι η ύπαρξη των επιπλέον διαστάσεων που προβλέπει η θεωρία θα μπορούσε να κρύβεται μέσα στις ριπές των βαρυτικών κυμάτων.

Ένα βασικό χαρακτηριστικό της θεωρίας των χορδών – δεδομένου ότι υπάρχουν πολλές ανταγωνιστικές εκδοχές – είναι πως τα στοιχειώδη σωματίδια μπορούν να θεωρηθούν σαν μονοδιάστατες μικροσκοπικές χορδές στις οποίες οι τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης (βαρυτική, ηλεκτρομαγνητική, ασθενής και ισχυρή πυρηνική) δρούν ως διαφορετικοί τρόποι δόνησης.

Για λόγους που εξηγούνται καλύτερα με τα μαθηματικά και όχι με λόγια, το πλαίσιο αυτό απαιτεί την ύπαρξη τουλάχιστον έξι επιπλέον χωρικών διαστάσεων, πέραν του χρόνου και των τριών χωρικών διαστάσεων (ύψος, μήκος, πλάτος) της καθημερινής ζωής.

Οι επιστήμονες, κυρίως αυτοί που εργάζονται στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων, έψαξαν γι’ αυτές τις υποθετικές επιπλέον διαστάσεις, αλλά μέχρι τώρα δεν κατέληξαν σε κανένα συμπέρασμα. Μια πιθανότητα είναι οι διαστάσεις αυτές να είναι συσπειρωμένες και να «κλείνονται» στον εαυτό τους –  και γι αυτό δεν τις αντιλαμβανόμαστε. Μια άλλη είναι να μην υπάρχουν!

Οι David Andriot και Gustavo Lucena Gómez στην εργασία τους με τίτλο «Signatures of extra dimensions in gravitational waves» υποστηρίζουν ότι οι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων LIGO και Virgo θα μπορούσαν να δώσουν οριστική απάντηση.

Ήδη ο ανιχνευτής LIGO από το 2015 μέχρι σήμερα ανίχνευσε τουλάχιστον 3 βαρυτικά κύματα  που προκλήθηκαν από την βίαιη συγχώνευση ζευγών μαύρων τρυπών.

Η θεωρία των χορδών προβλέπει ότι κατά την διάρκεια τέτοιων κατακλυσμιαίων γεγονότων, πρέπει να διαδίδονται κυματισμοί και διαμέσου των επιπλέον χωρικών διαστάσεων και ότι θα υπάρχουν αμυδρές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των γνωστών βαρυτικών κυμάτων και εκείνων που κρύβονται στις επιπλέον διαστάσεις.

A Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (Ligo) technician inspects the device’s twin detectors. Photograph: LIGO Laboratory/Reuters

Η μελέτη καταλήγει στο συμπέρασμα ότι αν υπάρχουν έξτρα διαστάσεις, τότε αυτό θα οδηγούσε σε έναν διαφορετικό τρόπο δόνησης και διάδοσης των βαρυτικών κυμάτων που προκαλούνται από τις συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών. Πρέπει να παράγεται ένα φαινόμενο (breathing effect) που υπερτίθεται στο κύριο βαρυτικό κύμα. Το μοτίβο αυτό θα μπορούσε να μετρηθεί από έναν τρίτο ανιχνευτή τον Virgo, σε συνδυασμό με τους δύο ανιχνευτές Ligo, που θα αρχίσει να λειτουργεί προς το τέλος του 2018 ή στις αρχές του 2019. Βέβαια – και αυτό είναι το σημαντικότερο από την πειραματική σκοπιά – δεν έχει ξεκαθαριστεί ακόμα αν αυτό το έξτρα φαινόμενο θα είναι τόσο έντονο ώστε να είναι ανιχνεύσιμο.

Τέτοιου είδους παρατηρήσεις είναι εξαιρετικά σημαντικές διότι δεν προβλέπονται από την γενική θεωρία της σχετικότητας, που σημαίνει ότι θα πρέπει να αναθεωρήσουμε τις αντιλήψεις μας για την βαρύτητα. Μια επιλογή είναι η θεωρία των χορδών, αλλά υπάρχουν κι άλλες ανταγωνιστικές θεωρίες. Η απουσία του “breathing” θα μπορούσε να εξαλείψει μερικές από αυτές τις θεωρίες. Οι τυχόν παρεκκλίσεις από την γενική σχετικότητα αναμένονται να συμβαίνουν στις πιο ακραίες συνθήκες, όπως οι συγκρούσεις μαύρων τρυπών.

Η εργασία προβλέπει επίσης ότι τα βαρυτικά κύματα δονούνται διαμέσου κάθε έξτρα διάστασης σε χαρακτηριστικές συχνότητες. Παίρνοντας υπόψη την υπόθεση ότι οι επιπλέον διαστάσεις είναι πολύ μικρές, τότε προκύπτει το συμπέρασμα πως θάπρεπε να παράγεται μια σειρά βαρυτικών κυμάτων με υψηλότερες συχνότητες. Αυτές οι συχνότητες θα ήταν πάνω από ένα δισεκατομμύριο φορές μεγαλύτερες από αυτές που μπορεί να ανιχνεύσει το LIGO. Όμως θα μπορούσαν στο απώτερο μέλλον να εντοπιστούν από έναν πιο εξελιγμένο ανιχνευτή.

Κάποιοι φυσικοί δεν πείθονται πως είναι δυνατόν να υπάρξουν τέτοιες πειραματικές αποδείξεις. Για παράδειγμα ο Peter Woit, που χρόνια τώρα θεωρεί πως η θεωρία των χορδών «δεν είναι ούτε καν λάθος», ισχυρίζεται πως ακόμα κι αν ποτέ «δούμε» τις έξτρα διαστάσεις, δεν υπάρχει κάποιος ιδιαίτερος λόγος να πιστέψουμε ότι αυτό σχετίζεται με την θεωρία των χορδών.

Πηγές: «Tying loose ends? Gravitational waves could solve string theory, study claims» - «Hints of extra dimensions in gravitational waves?» - https://physicsgg.me/2017/07/05/

Πολύ παλαιότερες οι βραχογραφίες στη Νότια Αφρική. New research reveals earliest directly dated rock paintings from southern Africa

Από τις ζωγραφιές που μελετήθηκαν με τη νέα τεχνική ραδιοχρονολόγησης, η οποία αποκάλυψε ότι οι νοτιοαφρικανικές βραχογραφίες είναι παλαιότερες από ό,τι εκτιμούσαν ως τώρα οι επιστήμονες. Scientists have pioneered a technique to directly date prehistoric rock paintings in southern Africa, which reveals dates much older than previously thought. Credit: David Pearce

Αρκετές χιλιετίες παλαιότερες από ό,τι πίστευαν οι επιστήμονες φαίνεται ότι είναι οι περισσότερες προϊστορικές βραχογραφίες στον Νότο της Αφρικής. Αυτό αποκάλυψε μια νέα, άμεση χρονολόγησή τους που έγινε από διεθνή ερευνητική ομάδα με τη χρήση μιας πρωτοποριακής τεχνικής. Η νέα ανάλυση, πέραν του ότι αναδεικνύει ένα καινούργιο εργαλείο για τη ραδιοχρονολόγηση της ζωγραφικής σε βράχο, ανατρέπει επίσης ορισμένες αντιλήψεις σχετικά με τις κοινωνίες των κυνηγών τροφοσυλλεκτών στο νότιο τμήμα της αφρικανικής ηπείρου και προσφέρει μια νέα ματιά στη θρησκεία και στα έθιμά τους.

Δύσκολο έργο

Η άμεση χρονολόγηση των βραχογραφιών έχει αποδειχθεί αρκετά δύσκολο έργο - αυτός είναι και ένας σημαντικός λόγος για τον οποίο οι γνώσεις μας γύρω από τους καλλιτέχνες των σπηλαίων έχουν πολλά κενά. Ο πρώτος απαγορευτικός παράγοντας για τους μελετητές είναι ότι οι διαθέσιμες μέθοδοι απαιτούν τη λήψη μεγάλης ποσότητας δείγματος, κάτι το οποίο είναι άκρως καταστρεπτικό για τις βραχογραφίες. Επιπλέον στην περίπτωση της ραδιοχρονολόγησης με άνθρακα-14, η οποία προσφέρεται ιδιαίτερα αφού οι βαφές που χρησιμοποιούσαν οι προϊστορικοί καλλιτέχνες είχαν οργανική προέλευση, υπάρχουν δύο ακόμη εμπόδια. Το ένα είναι ότι το κάρβουνο που χρησιμοποίησαν οι ζωγράφοι είναι πολύ πιθανό να μην προερχόταν από μια σύγχρονή τους πηγή αλλά από κάποια πολύ παλαιότερη σε ηλικία. Και το δεύτερο είναι ότι καθώς τα έργα είναι εκτεθειμένα στο εξωτερικό περιβάλλον είναι πολύ πιθανό να έχουν επιμολυνθεί.

The rock art in questions is located at 14 sites in three different regions of Southern Africa: the Thune Dam, Botswana, the Phuthiatsana Valley, Lesotho and the Maclear District in South Africa.

Τα τελευταία χρόνια ωστόσο, με τη συνεχή βελτίωση των τεχνικών της ραδιοχρονολόγησης, κάποια πρόοδος έχει σημειωθεί και σε αυτόν τον τομέα, και οι επιστήμονες έχουν κατορθώσει να χρονολογήσουν άμεσα αρκετές βραχογραφίες. Με αυτή την τελευταία δουλειά σε σπήλαια της Αφρικής οι ερευνητές προχώρησαν ένα βήμα πιο πέρα εφαρμόζοντας μια καινούργια μεθοδολογία η οποία, όπως περιγράφουν στη μελέτη τους που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Antiquity», έδωσε αποτελέσματα επιτρέποντας την άμεση χρονολόγηση πολλών βραχογραφιών σε σπήλαια της Νότιας Αφρικής, της Μποτσουάνα και του Λεσότο.

Όχι άλλο κάρβουνο

By collecting samples of paint, researchers were able to identify the types of carbons in the pigments and ultimately date them as more than 5,000 years old – deeming the drawings the ‘earliest directly dated’ paintings in the region.

Η διεθνής ομάδα των ερευνητών από το Πανεπιστήμιο Λαβάλ του Καναδά, το Πανεπιστήμιο Γουιτγουότερστραντ του Γιοχάνεσμπουργκ και το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης εφάρμοσαν τη μέθοδο της ραδιοχρονολόγησης με φασματομετρία μάζας αλλά για να μειώσουν την ποσότητα των δειγμάτων που θα χρησιμοποιούσαν και να αυξήσουν τις πιθανότητες επιτυχίας σχεδίασαν ένα νέο επιστημονικό πρωτόκολλο για τη δειγματοληψία. Αρχικά συνέλεξαν μικροσκοπικά δείγματα από πολλές βραχογραφίες σε 14 θέσεις στις τρεις αυτές αφρικανικές χώρες τα οποία ανέλυσαν ώστε να πάρουν μια εικόνα για τη χημική σύσταση της κάθε βραχογραφίας προκειμένου να εντοπίσουν ποιες από αυτές προσφέρονταν περισσότερο για αυτή τη μέθοδο και άρα είχαν περισσότερες πιθανότητες να χρονολογηθούν σωστά.

The team gathered small paint samples that were analyzed using light microscopy, scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS) and Raman and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopies.

Επίσης - και ακόμη πιο σημαντικό - με αυτή την ευρεία δειγματοληψία μπόρεσαν να εντοπίσουν στις βραχογραφίες βαφές οι οποίες να προέρχονται από βραχύβιες οργανικές πρώτες ύλες και όχι από ξυλοκάρβουνο έτσι ώστε να προσπεράσουν τον σκόπελο του ότι το κάρβουνο που χρησιμοποιεί ένας ζωγράφος μπορεί να είναι πολύ παλαιότερο από την εποχή του. Αφού επέλεξαν τα κατάλληλα δείγματα εφάρμοσαν προωθημένες τεχνικές για να τα καθαρίσουν από τυχόν επιμολύνσεις και τελικά προχώρησαν στη ραδιοχρονολόγησή τους με φασματομετρία μάζας.

Αποτελέσματα με πολλές εκπλήξεις

The team discovered that the Bushman people did use charcoal, but they also found soot and carbon black were in the pigment, two items that helped them date the paintings (in the Phuthiatsana Valley, Lesoth).

Ακολουθώντας αυτή τη διαδικασία οι επιστήμονες μπόρεσαν να χρονολογήσουν για πρώτη φορά άμεσα 44 βραχογραφίες, αποδεικνύοντας ότι είναι κατά πολύ παλαιότερες από ό,τι εκτιμούσαν ως τώρα οι μελετητές. Η παλαιότερη βραχογραφία στο νότιο τμήμα της Αφρικής εντοπίστηκε στην Ανατολική Μποτσουάνα και είναι ηλικίας τουλάχιστον 5.700 ετών, ενώ οι βραχογραφίες στη Νότια Αφρική και στο Λεσότο ανάγονται στα 3.000 χρόνια πριν το σήμερα. Αυτές οι νέες, άμεσα προσδιορισμένες ηλικίες θεωρείται ότι αποτελούν τεράστιο βήμα για την αρχαιολογική έρευνα στην Αφρική καθώς προσφέρουν νέες βάσεις για μελέτη.

And in the end, the team was able to determine the first direct dates for rock art in South Africa, which they noted is 5723–4420 cal BP (the Thune Valley, Botswana).

Παράλληλα λύνουν αναπάντητα ερωτήματα όπως το γιατί κάποιες βραχογραφίες δεν φαίνονταν να συνδέονται χρονικά με τα αντικείμενα που έχουν βρεθεί κοντά τους ενώ επίσης αποκαλύπτουν ότι σε αρκετές θέσεις οι ζωγραφιές έχουν γίνει διαδοχικά για περισσότερο από μια χιλιετία. «Αυτό είναι εκπληκτικό» δήλωσε σε δελτίο Τύπου ο καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Γουιτγουότερσραντ στο Γιοχάνεσμπουργκ Ντέιβιντ Πιρς, εκ των συντελεστών της μελέτης, «οι άνθρωποι επέστρεφαν στα ίδια καταφύγια για πολύ μεγάλες χρονικές περιόδους για να κάνουν βραχογραφίες ίδιες με εκείνες που είχαν γίνει πριν από αιώνες ή χιλιετίες. Αυτό το εύρημα έχει βαθιά σημασία για την κατανόησή μας σχετικά με τη θρησκεία των κυνηγών τροφοσυλλεκτών στη Νότια Αφρική».

One of the fish from the site with 5,000-year-old rock art in the Thune Valley, Botswana. Credit: David Pearce

Πέραν της αρχαιολογικής σημασίας που έχουν τα ευρήματα για την ίδια την Αφρική, οι ερευνητές θεωρούν ότι το πρωτόκολλο που ανέπτυξαν μπορεί να βρει πολλές εφαρμογές σε όλον τον κόσμο. Όπως τονίζει στο συμπέρασμά της η Αντελφίν Μπονό, κύρια συγγραφέας της μελέτης, «αποτελεί ένα σημαντικό βήμα στον τομέα της χρονολόγησης των βραχογραφιών γιατί μειώνει το μέγεθος του δείγματος που πρέπει να συλλεχθεί, βελτιστοποιεί τα ποσοστά επιτυχίας της χρονολόγησης και περιορίζει τις επιπτώσεις της ραδιοχρονολόγησης σε τέτοιου είδους πολύτιμα ζωγραφικά έργα παρέχοντας ταυτόχρονα νέες χρονολογικές πληροφορίες».

Πηγές: Adelphine Bonneau et al. The earliest directly dated rock paintings from southern Africa: new AMS radiocarbon dates, Antiquity (2017). DOI: 10.15184/aqy.2016.271 - http://www.tovima.gr/science/article/?aid=890363

Νέο «βαρύ» σωματίδιο ανακαλύφθηκε στο CERN. The LHCb experiment is charmed to announce observation of a new particle with two heavy quarks

Το Xicc++ είναι το πρώτο βαρυόνιο που βρέθηκε να αποτελείται από δύο «χαριτωμένα» κουάρκ και ένα «άνω» κουάρκ.  The LHCb experiment at CERN’s Large Hadron Collider has reported the observation of Ξ_cc⁺⁺  (Xi_cc⁺⁺) a new particle containing two charm quarks and one up quark. Image © CERN

Η τελευταία ανακάλυψη στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων του CERN είναι ένα νέο σωματίδιο με την εξωτική ονομασία Xicc++. Η ανακάλυψη, λένε οι ερευνητές, θα βοηθήσει στην καλύτερη κατανόηση μιας από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης, την ισχυρή πυρηνική δύναμη, η οποία συγκρατεί τους πυρήνες των ατόμων.

Όπως ανακοινώθηκε στην ευρωπαϊκή Συνδιάσκεψη Φυσικής Υψηλών Ενεργειών στη Βενετία, το Xicc++ είναι ένα βαρυόνιο, ανήκει δηλαδή στην οικογένεια των σωματιδίων που απαρτίζουν το μεγαλύτερο μέρος της κοινής ύλης, μεταξύ των οποίων τα πρωτόνια και νετρόνια.

Τα βαρυόνια αποτελούνται από τρία κουάρκ, αλλά επειδή υπάρχουν έξι διαφορετικά είδη (ή «γεύσεις») κουάρκ, υπάρχουν και πολλοί πιθανοί συνδυασμοί για να δημιουργηθεί ένα βαρυόνιο. Μέχρι σήμερα όλα τα γνωστά βαρυόνια περιείχαν το πολύ ένα βαρύ κουάρκ.

Μάζα τετραπλάσια από το πρωτόνιο

Η μάζα του νέου σωματιδίου είναι περίπου 3621 MeV. The mass of the newly identified particle is about 3621 MeV, which is almost four times heavier than the most familiar baryon, the proton, a property that arises from its doubly charmed quark content. It is the first time that such a particle has been unambiguously detected.

Το νέο σωματίδιο είναι το πρώτο που βρέθηκε να αποτελείται από δύο βαριά «χαριτωμένα» κουάρκ (charm) και ένα «άνω» κουάρκ (up). Η ύπαρξή του είχε προβλεφθεί θεωρητικά, αλλά μόλις τώρα κατέστη εφικτό να επιβεβαιωθεί πειραματικά μέσω των συγκρούσεων στον επιταχυντή του CERN. Η μάζα του Xicc++ είναι περίπου 3621 MeV (μεγαηλεκτρονιοβόλτ), σχεδόν τετραπλάσια σε σχέση με το πιο κοινό βαρυόνιο, το πρωτόνιο.

«Η ανακάλυψη ενός βαρυονίου με δύο βαριά κουάρκ έχει μεγάλη σημασία, επειδή παρέχει ένα μοναδικό εργαλείο για να μελετήσουμε περαιτέρω την κβαντική χρωμοδυναμική, τη θεωρία που περιγράφει την ισχυρή αλληλεπίδραση, μία από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις» δήλωσε ο νέος εκπρόσωπος της ερευνητικής κοινοπραξίας LHCb, ο ιταλός φυσικός Τζιοβάνι Πασαλέβα.

«Αντίθετα με τα άλλα βαρυόνια, στα οποία τα τρία κουάρκ εκτελούν ένα πολύπλοκο χορό το ένα γύρω από τα άλλα, ένα διπλά βαρύ βαρυόνιο αναμένεται να συμπεριφέρεται όπως ένα πλανητικό σύστημα, με τα δύο βαριά κουάρκ να παίζουν το ρόλο των βαρέων άστρων που βρίσκονται σε τροχιά το ένα γύρω από το άλλο, ενώ το ελαφρύτερο κουάρκ κινείται σε τροχιά γύρω από αυτό το διπλό σύστημα» πρόσθεσε ο πρώην εκπρόσωπος του LHCb Γκάι Γουίλκινσον, καθηγητής του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης.

Η ανακάλυψη του Χicc++ έγινε μέσω της διάσπασής του σε ένα βαρυόνιο Λc+ και σε τρία ελαφρύτερα μεσόνια Κ-, π+ και π+. Οι επιστήμονες θα μετρήσουν περαιτέρω στον μεγάλο επιταχυντή αδρονίων (LHC) τις ιδιότητες του Χicc++, τον τρόπο που παράγεται και διασπάται, καθώς και τη διάρκεια της ζωής του.

Οι ερευνητές έχουν υποβάλει για δημοσίευση τη μελέτη στο περιοδικό φυσικής Physical Review Letters.

Πηγές: The LHCb experiment is charmed to announce observation of a new particle with two heavy quarks - http://www.tovima.gr/science/physics-space/article/?aid=890497

Άτλας, Δάφνις και Πάνας. Atlas, Daphnis and Pan

Σύγκριση των τριών δορυφόρων του Κρόνου σε μια μονταρισμένη φωτογραφία. This montage of views from NASA's Cassini spacecraft shows three of Saturn's small ring moons: Atlas, Daphnis and Pan at the same scale for ease of comparison. Two differences between Atlas and Pan are obvious in this montage. Pan's equatorial band is much thinner and more sharply defined, and the central mass of Atlas (the part underneath the smooth equatorial band) appears to be smaller than that of Pan. Image Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Η φωτογραφία του Άτλαντα λήφθηκε στις 12 Απριλίου 2017, από απόσταση 16.000 χιλιομέτρων, του Πάνα στις  7 Μαρτίου 2017, από απόσταση απόσταση 26.000 χιλιομέτρων και ο Δάφνις φωτογραφήθηκε στις 16 Ιανουαρίου 2017, από απόσταση 28.000 χιλιομέτρων.

Ο Άτλας έχει διαστάσεις 40,8×35,4×18,8 χιλιόμετρα και απέχει από τον Κρόνο 137.670 χιλιόμετρα. Ανακαλύφθηκε το 1980 από τις φωτογραφίες που έστειλε στη Γη το διαστημικό σκάφος Voyager 1. 

John Singer Sargent, Atlas and the Hesperides, 1925

Το 1983 ονομάστηκε επίσημα Άτλας από την ελληνική μυθολογία, επειδή «κρατάει τους δακτυλίους του Κρόνου στους ώμους του» όπως ο τιτάνας Άτλας κρατούσε τον ουρανό στους ώμους του.

Ο Πάνας (ρωμαϊκό ψηφιδωτό). Pavement mosaic with the head of Pan. Roman artwork, Antonine period, 138–192 CE. From a villa in Genazzano wich may have belonged to Marcus Aurelius and Lucius Verus.

Ο Πάνας είναι ο δεύτερος κοντινότερος δορυφόρος του πλανήτη Κρόνου, μετά τον S/2009 S 1. Ανακαλύφθηκε το 1990 και πήρε το όνομά του από τον θεό Πάνα της ελληνικής μυθολογίας Βρίσκεται στον δακτύλιο Α του Κρόνου, στο Χάσμα Ένκε. Οι διαστάσεις του είναι 34,4×31,4 ×20,8 χιλιόμετρα.

François Gérard, Daphnis and Chloe, 1824

O Δάφνις έχει διαστάσεις 8,6×8,2×6,4 χιλιόμετρα και η τροχιά του βρίσκεται στο χώρο που ονομάζεται χάσμα Keeler μέσα στον δακτύλιο A. Πήρε το όνομά του το 2006 από τον Δάφνι, πρόσωπο της Ελληνικής μυθολογίας, ο οποίος ήταν βοσκός και φέρεται ως εφευρέτης της ποιμενικής ποίησης. Ο Δάφνις ήταν γιος του Ερμή και αδελφός του Πάνα. Ο Πάνας και ο Δάφνις είναι οι μόνοι δύο γνωστοί δορυφόροι-βοσκοί (δορυφόροι που βρίσκονται κοντά σε κάποιον δακτύλιο επηρεάζοντάς τον με τη βαρύτητά τους) που έχουν τροχιά εντός κάποιου από τους κύριους δακτυλίους του Κρόνου. Ανακαλύφθηκε στις 6 Μαΐου του 2005, από τις φωτογραφίες που έστειλε το διαστημικό σκάφος Cassini.

Πηγές: https://saturn.jpl.nasa.gov/resources/7695/?category=images - physicsgg