Οι αρχέγονες δομές του νεογέννητου σύμπαντος. The very first structures in the Universe

Οι αστροφυσικοί προσομοιώνουν το αρχέγονο σύμπαν. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης δείχνουν την ανάπτυξη μικροσκοπικών, εξαιρετικά πυκνών δομών αμέσως μετά την εκθετική διαστολή του νεογέννητου σύμπαντος (η φάση αυτή ονομάζεται πληθωρισμός). Μεταξύ της αρχικής και τελικής κατάστασης της προσομοίωσης (πάνω αριστερά και δεξιά αντίστοιχα), η περιοχή που εμφανίζεται έχει διασταλεί δέκα εκατομμύρια φορές από τον αρχικό της όγκο, αλλά εξακολουθεί να είναι κατά πολύ μικρότερη από το μέγεθος ενός πρωτονίου. Το μεγεθυμένο σύμπλεγμα κάτω αριστερά που προέκυψε περίπου 10^-24 δευτερόλεπτα μετά την Μεγάλη Έκρηξη, αντιστοιχεί σε μάζα περίπου 20 κιλών και ακτίνα της τάξης των 10^-20 μέτρων. The results of the simulation show the growth of tiny, extremely dense structures very soon after the inflation phase of the very early universe. Between the initial and final states in the simulation (top left and right respectively), the area shown has expanded to ten million times its initial volume, but is still many times smaller than the interior of a proton. The enlarged clump at the bottom left would have a mass of about 20kg. Photo: Jens Niemeyer, University of Göttingen

Οι πρώτες στιγμές του σύμπαντος δεν μπορούν να παρατηρηθούν άμεσα, μπορούν όμως να ανακατασκευαστούν μαθηματικά. Οι φυσικοί από τα πανεπιστήμια Γκαίτινγκεν και Ώκλαντ εκτελώντας σύνθετες προσομοιώσεις σε υπολογιστές κατάφεραν να αναπαράγουν την αρχέγονη δομή του σύμπαντος. Ανακάλυψαν ότι ένα περίπλοκο δίκτυο δομών μπορεί να σχηματιστεί στο πρώτο τρισεκατομμύριο του δευτερολέπτου μετά την Μεγάλη Έκρηξη. Η συμπεριφορά αυτών των δομών μιμείται την κατανομή των γαλαξιών στο σημερινό σύμπαν. Ωστόσο, σε αντίθεση με το σήμερα, αυτές οι πρώιμες δομές είναι απίστευτα μικροσκοπικές. Τυπικά συμπλέγματα αυτών των δομών έχουν μάζες λίγων γραμμαρίων και χωρούν σε όγκους πολύ μικρότερους από τα σημερινά στοιχειώδη σωματίδια. Η έρευνα πραγματοποιήθηκε από τους Benedikt Eggemeier, Jens C. Niemeyer, Richard Easther και τα αποτελέσματα της μελέτης τους δημοσιεύθηκαν  στο περιοδικό Physical Review D με τίτλο «Formation of inflaton halos after inflation».

Professor Jens Niemeyer. Photo: University of Göttingen

Οι ερευνητές κατάφεραν να προσομοιώσουν την εξέλιξη των περιοχών υψηλότερης πυκνότητας που συγκρατούνται από τη δική τους βαρύτητα. «Ο φυσικός χώρος που αντιπροσωπεύει η προσομοίωσή μας θα χωρούσε εκατομμύρια φορές σε ένα πρωτόνιο», λέει ο καθηγητής στο πανεπιστήμιο του Γκαίτινγκεν Jens Niemeyer. «Είναι πιθανώς η μεγαλύτερη προσομοίωση της μικρότερης περιοχής του σύμπαντος που έχει πραγματοποιηθεί μέχρι τώρα.» Αυτές οι προσομοιώσεις οδηγούν σε ακριβέστερες προβλέψεις για τις ιδιότητες αυτών των αρχέγονων δομών του σύμπαντος.

The first moments of the Universe can be reconstructed mathematically even though they cannot be observed directly. Physicists have greatly improved the ability of complex computer simulations to describe this moment, discovering that a complex network of structures can form in the first trillionth of a second after the Big Bang. These microscopic clumps have masses of only a few grams and fit into volumes much smaller than particles. Shown here, one of the dense clumps of inflatons that emerged during the inflation phase of the Big Bang, in the infant universe. (Image credit: Jens Niemeyer/University of Göttingen)

Αν και οι δομές που προσομοιώνονται στον υπολογιστή είναι πολύ βραχύβιες και τελικά θα «εξατμιστούν» στα γνωστά στοιχειώδη σωματίδια, ίχνη αυτής της ακραίας πρώιμης φάσης μπορεί να είναι ανιχνεύσιμες σε μελλοντικά πειράματα. «Ο σχηματισμός τέτοιων δομών, καθώς και οι κινήσεις και οι αλληλεπιδράσεις τους, πρέπει να έχουν προκαλέσει έναν θόρυβο υποβάθρου βαρυτικών κυμάτων», λέει ο Benedikt Eggemeier. «Με τη βοήθεια των προσομοιώσεών μας, μπορούμε να υπολογίσουμε την ισχύ αυτού του σήματος βαρυτικών κυμάτων, το οποίο μπορεί να είναι μετρήσιμο (;) στο μέλλον.» Επίσης δεν είναι απίθανο να σχηματίζονται μικροσκοπικές μαύρες τρύπες, αν αυτές οι δομές υποστούν κατάρρευση, οι οποίες θα αποτελούν σήμερα μέρος της μυστηριώδους σκοτεινής ύλης στο σύμπαν.

Πηγές: Benedikt Eggemeier, Jens C. Niemeyer, Richard Easther. Formation of inflaton halos after inflation. Physical Review D, 2021; 103 (6) DOI: 10.1103/PhysRevD.103.063525 - https://www.uni-goettingen.de/en/3240.html?id=6208 - https://physicsgg.me/2021/04/04/

 

 

Xenobot 2.0: Η πιο εξελιγμένη γενιά «ζωντανών ρομπότ» που δημιούργησαν ερευνητές. Scientists Create the Next Generation of Living Robots

Μία νέα γενιά ζωντανών ρομπότ Xenobot δημιούργησαν επιστήμονες στις ΗΠΑ. Πρόκειται για μικροσκοπικές μορφές ζωής που αυτοσυναρμολογούν ένα σώμα από απλά κύτταρα βατράχου, δεν χρειάζονται μύες για να κινηθούν και διαθέτουν δυνατότητα μνήμης. Scientists up to create the next version of Xenobots - tiny biological robots that self-assemble, carry out tasks, and can repair themselves. Now they can move faster, and record information. Using a fluorescent protein, Xenobots record exposure to blue light, by turning green, (Source: Doug Blackiston)

Αυτές οι «κολεκτίβες» κυττάρων έχουν την ικανότητα να δουλεύουν μαζί σε σμήνη και στο μέλλον θα αναλαμβάνουν διάφορες δουλειές όπως π.χ. το καθάρισμα των μικροπλαστικών ή άλλων ρύπων και σκουπιδιών από την ξηρά και τη θάλασσα.

Πέρυσι, μία ομάδα βιολόγων και ειδικών στους υπολογιστές από τα πανεπιστήμια Ταφτς και Βερμόντ είχαν δημιουργήσει τα πρώτα Xenobot 1.0, μικροσκοπικές βιολογικές μηχανές από κύτταρα βατράχου που ήταν ικανά να κινούνται, να σπρώχνουν κάποιο φορτίο και να εμφανίζουν ομαδική συμπεριφορά σε σμήνη με άλλα παρόμοια ρομπότ. Φέτος, τα νέα Xenobot 2.0 είναι βελτιωμένα, καθώς κινούνται πιο γρήγορα, είναι ικανά να πλοηγηθούν σε διαφορετικά περιβάλλοντα και μπορούν να αυτοεπιδιορθωθούν εάν παρουσιάσουν κάποια βλάβη.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον καθηγητή Βιολογίας Μάικλ Λέβιν του Ταφτς, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό Ρομποτικής «Science Robotics», θεωρούν ότι η συγκεκριμένη τεχνολογία έχει τρομερό μέλλον και γι' αυτό τα δύο συνεργαζόμενα αμερικανικά πανεπιστήμια μόλις δημιούργησαν το νέο Ινστιτούτο Οργανισμών Σχεδιασμένων από Υπολογιστή (ICDO), ώστε να δημιουργήσει ακόμη πιο εξελιγμένα ζωντανά ρομπότ.

Xenobots scurry about on cilia, and can work together in swarms. (Source: Doug Blackiston)

Τα Xenobot έχουν πάρει το όνομά τους από το είδος βατράχου Xenopus laevis, από τα έμβρυα του οποίου προέρχονται τα κύτταρά τους. Τα νέα ρομπότ της γενιάς 2.0 ζουν τρεις έως επτά ημέρες περισσότερο από την προηγούμενη γενιά 1.0, η οποία έφθανε έως τις επτά ημέρες. Το σχήμα τους είναι σφαιροειδές (με μικρές τριχοειδείς προεκβολές που λειτουργούν σαν «πόδια» ή «προπέλες» κίνησης) και το μέγεθός τους φθάνει το μισό χιλιοστό προς το παρόν, ενώ το σώμα τους είναι πλήρως βιοδιασπώμενο όταν «πεθαίνουν».

Προηγούμενες προσπάθειες δημιουργίας ζωντανών ρομπότ είχαν εστιάσει στον ασύρματο έλεγχο ζώων (π.χ. κατσαρίδων), κάτι όμως που εγείρει ζητήματα βιοηθικής. Τα Xenobot διαφέρουν επειδή είναι μορφές αυτοδημιούργητες μόνο από κύτταρα, δεν έχουν νευρώνες και δεν μπορούν να θεωρηθούν ζώα.

Scientists at Tufts University and the University of Vermont team up to create the next version of Xenobots – tiny biological robots that self-assemble, carry out tasks, and can repair themselves. Now they can move faster, and record information. Credit: Tufts University

Όμως, τι ακριβώς είναι; Έμβιοι οργανισμοί ή ρομπότ; Σε αυτό δεν υπάρχει σαφής απάντηση. Μάλλον, κάτι ενδιάμεσο.

Πηγές: Douglas Blackiston, Emma Lederer, Sam Kriegman, Simon Garnier, Joshua Bongard, Michael Levin. A cellular platform for the development of synthetic living machines. Science Robotics, 2021; 6 (52): eabf1571 DOI: 10.1126/scirobotics.abf1571 - https://now.tufts.edu/news-releases/scientists-create-next-generation-living-robots - https://www.insider.gr/eidiseis/kosmos/161500/xenobot-20-tin-epomeni-pio-exeligmeni-genia-zontanon-rompot-dimioyrgisan

 

 

Επιστήμονες δημιούργησαν κύτταρο που αναπτύσσεται και διαιρείται κανονικά. Scientists Create Simple Synthetic Cell That Grows and Divides Normally

Νέα ευρήματα ρίχνουν φως στους μηχανισμούς που καθορίζουν τις θεμελιώδεις διαδικασίες της ζωής. New findings shed light on mechanisms controlling the most basic processes of life. Credit: Copyright Emily Grace

Πριν από πέντε χρόνια επιστήμονες δημιούργησαν έναν μονοκύτταρο συνθετικό οργανισμό που, με μόλις 473 γονίδια, ήταν το απλούστερο γνωστό ζωντανό κύτταρο. Ωστόσο ο οργανισμός αυτός συμπεριφερόταν περίεργα όταν αναπτυσσόταν και διαιρείτο, παράγοντας κύτταρα με πολλά διαφορετικά σχήματα και μεγέθη.

Researchers have designed and synthesized a minimal bacterial genome, containing only the genes necessary for life. This material relates to a paper that appeared in the March 25, 2016, issue of Science, published by AAAS. The paper, by C.A. Hutchison III at J. Craig Venter Institute in La Jolla, Calif., and colleagues was titled, "Design and synthesis of a minimal bacterial genome." Credit: C. Bickel / Science (2016)

Επιστήμονες ήταν σε θέση να εντοπίσουν επτά γονίδια που μπορούν να προστεθούν ώστε να «δαμάσουν» αυτή την «άτακτη» φύση του κυττάρου, κάνοντάς τα να χωρίζονται τακτικά σε ομοιόμορφα κομμάτια. Το επίτευγμα αυτό, μια συνεργασία μεταξύ του J. Craig Venter Institute (JCVI), του National Institute of Standards and Technology (NIST) και του ΜΙΤ Center for Bits and Atoms, περιγράφεται στο Cell.

O εντοπισμός αυτών των γονιδίων αποτελεί σημαντικό βήμα προς την κατεύθυνση της δημιουργίας συνθετικών κυττάρων που κάνουν χρήσιμα πράγματα: Τέτοια κύτταρα θα μπορούσαν να λειτουργούν σαν μικρά εργοστάσια που παράγουν φάρμακα, τρόφιμα και καύσιμα, που εντοπίζουν ασθένειες και παράγουν φάρμακα για την αντιμετώπισή τους ενώ ζουν μέσα στο σώμα και λειτουργούν σαν μικροσκοπικοί υπολογιστές.

Ωστόσο ο σχεδιασμός και η δημιουργία ενός κυττάρου που κάνει ακριβώς αυτό που θέλεις να κάνει είναι δύσκολη υπόθεση, οπότε είναι χρήσιμο να έχει κάποιος μια λίστα των απαραίτητων τμημάτων και να ξέρει πώς ταιριάζονται μεταξύ τους.

«Θέλουμε να κατανοήσουμε τους θεμελιώδεις κανόνες σχεδιασμού της ζωής» είπε η Ελίζαμπεθ Στριχάλσκι, μία εκ των συντελεστών της μελέτης και επικεφαλής του Cellular Engineering Group του NIST. «Αν αυτό το κύτταρο μπορεί να μας βοηθά να ανακαλύπτουμε και να κατανοούμε αυτούς τους κανόνες, τότε αρχίζουμε την πορεία μας».

Παρατήρηση από μικροσκόπιο κυττάρων JCVI-syn3A καθώς αναπτύσσονται και διαιρούνται. Η γραμμή κάτω δεξιά αντιστοιχεί σε 50 μm. A time-lapse video showing cells of the synthetic organism JCVI-syn3A growing and dividing under a light microscope, from a research collaboration between the J. Craig Venter Institute, the National Institute of Standards and Technology and the Massachusetts Institute of Technology Center for Bits and Atoms. The scale bar represents 50 micrometers. Credit: E. Strychalski/NIST and J. Pelletier/MIT

Επιστήμονες στο JCVI δημιούργησαν το πρώτο κύτταρο με συνθετικό γονιδίωμα το 2010. Δεν το έφτιαξαν εξαρχής από το μηδέν, μα άρχισαν με κύτταρα από ένα απλό είδος βακτηρίου ονόματι μυκόπλασμα. Κατέστρεψαν το DNA σε αυτά τα κύτταρα και το αντικατέστησαν με DNA που ήταν σχεδιασμένο σε υπολογιστή και είχε συντεθεί σε εργαστήριο. Αυτός ήταν ο πρώτος οργανισμός στην ιστορία της ζωής στη Γη που είχε ένα εντελώς συνθετικό γονιδίωμα, και ονομάστηκε JCV1-syn1.0.

Έκτοτε προσπαθούν να αποσυνθέσουν τον οργανισμό αυτόν στα μίνιμουμ γενετικά του τμήματα, ωστόσο το κύτταρο που δημιούργησαν πέντε χρόνια πριν, το JCVI-syn3.0, ήταν πολύ «μινιμάλ». Οπότε πρόσθεσαν 19 γονίδια, μεταξύ των οποίων τα επτά που χρειάζονταν για κανονική διαίρεση κυττάρου, δημιουργώντας τη νέα παραλλαγή, JCVI-syn3A. Η παραλλαγή αυτή έχει λιγότερα από 500 γονίδια: Συγκριτικά, τα βακτήρια E.coli έχουν περίπου 4.000, ενώ ένα ανθρώπινο κύτταρο 30.000.

These are time lapse videos of the minimal cell (JCVI-syn3.0) and the wild type organism from which it was designed (JCVI-syn1.0). Magnified 1500X, this shows the growth of the bacteria over an 8-hour period. The videos show the minimal cells are larger than the organism they were designed from, and grow at about the same rate. Micrographs provided by James Pelletier (MIT Center for Bits and Atoms and Department of Physics) and Elizabeth Strychalski (National Institute of Standards and Technology). Credit: J. Craig Venter Institute

Εν τέλει, οι επιστήμονες δημιούργησαν ένα «μίνι ενυδρείο» όπου τα κύτταρα μπορούσαν να τρέφονται και να ζουν κάτω από ένα μικροσκόπιο- και το αποτέλεσμα ήταν ένα βίντεο που έδειξε τα κύτταρα να μεγαλώνουν και να διαιρούνται. Όλα αυτά τα κύτταρα ήταν γενετικά όμοια.

«Σκοπός μας είναι να γνωρίζουμε τη λειτουργία του κάθε γονιδίου, ώστε να μπορέσουμε να αναπτύξουμε ένα πλήρες μοντέλο ως προς το πώς λειτουργεί ένα κύτταρο» είπε άλλος ένας εκ των ερευνητών, ο Τζέιμς Πελετιέ. Ωστόσο ο στόχος αυτός δεν έχε επιτευχθεί ακόμα, καθώς από τα επτά γονίδια που προστέθηκαν σε αυτόν τον οργανισμό για κανονική διαίρεση, οι επιστήμονες ξέρουν μόνο τι κάνουν τα δύο από αυτά. Οι ρόλοι που παίζουν τα άλλα πέντε παραμένουν άγνωστοι.

Πηγές: J.F. Pelletier, L. Sun, K.S. Wise, N. Assad-Garcia, B.J. Karas, T.J. Deerinck, M.H. Ellisman, A. Mershin, N. Gershenfeld, R.Y. Chuang, J.I. Glass and E.A. Strychalski. Genetic requirements for cell division in a genomically minimal cell. Cell. Published online March 29, 2021. DOI: 10.1016/j.cell.2021.03.008 - https://www.nist.gov/news-events/news/2021/03/scientists-create-simple-synthetic-cell-grows-and-divides-normally - https://www.naftemporiki.gr/story/1708739/sunthetiki-zoi-epistimones-dimiourgisan-kuttaro-pou-anaptussetai-kai-diaireitai-kanonika

 

 

Οι περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες «ερωτεύονται». Spinning Black Holes Fall in Love

Νέοι υπολογισμοί που περιέχονται στην δημοσίευση με τίτλο «Spinning Black Holes Fall in Love» δείχνουν ότι οι περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες – σε αντίθεση με τις μη περιστρεφόμενες – μπορούν να παραμορφωθούν παλιρροιακά από ένα μη συμμετρικό βαρυτικό πεδίο. New calculations show that spinning black holes—unlike nonspinning ones—can be tidally deformed by a nonsymmetric gravitational field. Credit: Caltech/R. Hurt (IPAC)

Θα μπορούσε μια μαύρη τρύπα να έχει παλίρροιες; Η κοινή λογική έλεγε όχι. Αυτά τα πυκνά αντικείμενα είναι πολύ άκαμπτα για να σχηματίσουν τέτοιες επιφανειακές παραμορφώσεις. Όμως, ένας νέος θεωρητικός υπολογισμός διαπιστώνει ότι μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα μπορεί να αναπτύξει μια παλιρροιακή διόγκωση σε ένα μη αξονο-συμμετρικό βαρυτικό πεδίο.

Οι Alexandre Le Tiec και Marc Casals στην εργασία τους δείχνουν ότι αυτές οι συνθήκες θα μπορούσαν να προκύψουν κατά τη συγχώνευση μιας μαύρης τρύπας και ότι η διόγκωση επηρεάζει την περιστροφή της μαύρης τρύπας.

They are called "tidal" because they are responsible for the ocean tides on earth. Our planet is in free fall toward the moon. The portion of the ocean's water closer to the moon experiences a stronger attraction than the portion furthest away. That elongates the waters that jacket the earth into two lobes. The earth rotates under these two lobes, once every day, producing two high tides.

Η Γη αλλάζει το σχήμα της εξαιτίας των βαρυτικών δυνάμεων της Σελήνης και του Ήλιου. Μια τέτοια παλιρροιακή παραμόρφωση μπορεί να χαρακτηριστεί από τους «παλιρροιακoύς αριθμούς Love» (Τidal Love Νumbers – συντομογραφικά TLNs, από το όνομά του μαθηματικού Augustus Love). Πρόκειται για το βαρυτικό ανάλογο της ηλεκτρικής επιδεκτικότητας στην ηλεκτροδυναμική

Οι TLNs περιγράφουν διαφορετικούς τρόπους παλιρροιακής απόκρισης. Ο τετραπολικός αριθμός Love της Γης, για παράδειγμα, έχει τιμή 0,3, ενώ η ίδια παράμετρος για ένα (λιγότερο παραμορφώσιμο) άστρο νετρονίων εκτιμάται ότι είναι περίπου 0,1.

Παλαιότερη εργασία έδειξε ότι οι TLNs είναι μηδενικοί για μια μη περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα σε ένα στατικό παλιρροιακό πεδίο. Αλλά η κατάσταση είναι διαφορετική όταν το πεδίο αλλάζει με το χρόνο ή όταν η μαύρη τρύπα περιστρέφεται σε ασυμμετρικό πεδίο. Οι Le Tiec και Casals διαπίστωσαν ότι μια μαύρη τρύπα που περιστρέφεται στο 10% της μέγιστης ταχύτητας σε ένα μη συμμετρικό πεδίο θα πρέπει να έχει ένα τετραπολικό αριθμό Love 0,002. Παρά το γεγονός ότι είναι σχετικά μικρές, τέτοιες παλιρροιακές παραμορφώσεις θα μπορούσαν να επηρεάσουν τη δυναμική των συγχωνεύσεων των μαύρων οπών. Για την περίπτωση μιας μαύρης τρύπας με αστρική μάζα που κινείται σπειροειδώς γύρω από μια περιστρεφόμενη τερατώδους μάζας μαύρη τρύπα, διαπίστωσαν ότι οι παλιρροιακές παραμορφώσεις στο μεγαλύτερο αντικείμενο δημιουργούν μια ροπή που επιβραδύνει την περιστροφή της.

Πηγές: A. Le Tiec and M. Casals, “Spinning black holes fall in Love,” Phys. Rev. Lett. 126, 131102 (2021) - https://physics.aps.org/articles/v14/s38 - https://www.pitt.edu/~jdnorton/teaching/HPS_0410/chapters/black_holes/index.html - https://physicsgg.me/2021/03/31/

 

 

 

Η μουσική είναι εξάρτηση και τώρα γνωρίζουμε το γιατί. Neuroscientists Uncover Why the Brain Enjoys Music

Επιστήμονες με δημοσίευση τους στην επιθεώρηση «JNeurosci» υποστηρίζουν ότι εντόπισαν τον μηχανισμό που προκαλεί τα συναισθήματα ευχαρίστησης στον άνθρωπο όταν ακούει μουσική και είναι ο ίδιος με αυτόν που συνδέεται με εξαρτήσεις όπως αυτές στο αλκοόλ, στην κοκαΐνη και στο πρόχειρο φαγητό (φαγητό των fast food κλπ. Interaction between auditory and reward brain circuits underpins musical pleasure. Communication between the brain’s auditory and reward circuits is the reason why humans find music rewarding, according to new research published in JNeurosci. Julius Schmid (1854-1935), Schubertiade (1897), further details not known. Wikimedia Commons.

Ο άνθρωπος απολαμβάνει την μουσική αλλά το γεγονός ότι δεν υπάρχει κάποιο βιολογικό όφελος που να προκύπτει από αυτή την λειτουργία προκαλεί διαχρονικά πεδίο επιστημονικής έρευνας χωρίς μέχρι σήμερα να έχουν υπάρξει ικανοποιητικές απαντήσεις.

Επιστήμονες του Πανεπιστημίου McGill στον Καναδά προσπαθούν να ρίξουν φως σε αυτή την μυστηριώδη σχέση ανθρώπου και μουσικής εδώ και περίπου μια δεκαετίες. Με δημοσίευση τους στην επιθεώρηση «JNeurosci» υποστηρίζουν ότι εντόπισαν τον μηχανισμό που προκαλεί τα συναισθήματα ευχαρίστησης στον άνθρωπο όταν ακούει μουσική και είναι ο ίδιος με αυτόν που συνδέεται με εξαρτήσεις όπως αυτές στο αλκοόλ, στην κοκαΐνη και στο πρόχειρο φαγητό (φαγητό των fast food κλπ.).

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν την μέθοδο της διακρανιακής μαγνητικής διέγερσης για να διαπιστώσουν τι συμβαίνει στον εγκέφαλο των ανθρώπων όταν ακούνε μουσική. Στην μελέτη πήραν μέρος άτομα 20-25 ετών στους οποίους οι ερευνητές επέλεξαν να τους βάλουν να ακούν μουσική ποπ καταγράφοντας παράλληλα την εγκεφαλική τους δραστηριότητα. Οι συμμετέχοντες άκουγαν κατά την διάρκεια της μελέτης τόσο τραγούδια που είχαν επιλέξει οι ίδιοι αλλά και τραγούδια που είχαν επιλέξει οι ερευνητές.

Greater induced pleasure differences was associated with increased synchronized activity between auditory and reward regions. Credit: Mas-Herrero et al., JNeurosci 2021

Διαπιστώθηκε πώς όταν ξεκινούσε η μουσική στον εγκέφαλο των συμμετεχόντων ενεργοποιούνταν αμέσως ο επικλινής πυρήνας. Πρόκειται για μια λειτουργική μονάδα του εγκεφάλου που βρίσκεται στα αποκαλούμενα κέντρα επιβράβευσης και παίζει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη εθιστικών συμπεριφορών.

Ο επικλινής πυρήνας κατέχει επίσης κεντρικό ρόλο στην παρουσία και δράση της ντοπαμίνης. Πρόκειται για την ορμόνη που ρυθμίζει την διάθεση και τα συναισθήματα έχοντας αποκτήσει μαζί με την σεροτονίνη τον χαρακτηρισμό «ορμόνες της χαράς». Όσο περισσότερο απολάμβανε κάποιος από τους συμμετέχοντες την μουσική που άκουγε τόσο μεγαλύτερη ήταν η διέγερση στον επικλινή πυρήνα. Όταν η μουσική σταματούσε αυτόματα εξασθενούσε και η διέγερση σε αυτή την περιοχή.

It is thought the research may provide new insights into the lifestyles of music legends such as David Bowie.

Τα ευρήματα της έρευνας προσφέρουν εκτός των άλλων και μια εξήγηση στο γιατί οι άνθρωποι με πολύ στενή σχέση με την μουσική και ειδικότερα οι καλλιτέχνες εμφανίζουν συχνά διαφόρων ειδών εθιστικές τάσεις. «Η μουσική λειτουργεί ως μια πολύ ισχυρή δύναμη που μας κινητοποιεί στην καθημερινότητα μας και κάνει να καταναλώνουμε πολύ χρόνο αλλά και χρήμα για αυτή είτε περιμένοντας για ώρες σε μια ουρά ακόμη και μέσα σε κακοκαιρία για να πάρουμε ένα εισιτήριο μιας συναυλίας είτε επενδύοντας χρόνια εκμάθησης ενός μουσικού οργάνου» αναφέρει ο Ερνστ Μας Χερέρο, μέλος της ερευνητικής ομάδας.

Όπως και να έχει το πράγμα πάντως σε αντίθεση με τις άλλες εξαρτήσεις η μουσική κάνει καλό στον άνθρωπο με διαφόρους τρόπους και είναι δύσκολο να αντιμετωπίσει κάποιος προβλήματα «υπερβολικής δόσης μουσικής».

Πηγές: “Unraveling the Temporal Dynamics of Reward Signals in Music-Induced Pleasure with TMS” 29 March 2021, Journal of Neuroscience. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0727-20.2020 - https://scitechdaily.com/neuroscientists-uncover-why-the-brain-enjoys-music/ - https://www.naftemporiki.gr/story/1708415/i-mousiki-einai-eksartisi-kai-tora-gnorizoume-to-giati

 

 

Γαλαξιακό Διαδίκτυο και βαρυτικοί φακοί. Gravitational Lenses Could Allow a Galaxy-Wide Internet

Το Γαλαξιακό Διαδίκτυο μπορεί να δημιουργηθεί (έστω … από εξωγήινους πολιτισμούς) εφόσον τα άστρα αξιοποιηθούν ως βαρυτικοί φακοί, υποστηρίζει ο Claudio Maccone, στην δημοσίευσή του με τίτλο «Galactic internet made possible by star gravitational lensing». Some kind of galactic Internet is possible taking advantage of the gravitational lensing effect that stars can provide with a properly focused radio signal. The project could be an impressive advance for space expeditions. What phase is it in and how is it possible. Maccone in his recent paper showed that galactic internet could be made possible by star gravitational lensing and it may already existed.

Όμως, τι είναι ένας βαρυτικός φακός; Εμείς γνωρίζουμε τους συγκλίνοντες και αποκλίνοντες φακούς της οπτικής. Για παράδειγμα αν μια παράλληλη μονοχρωματική δέσμη συναντήσει τον συγκλίνοντα φακό όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα, τότε οι διαθλώμενες ακτίνες διέρχονται από ένα σημείο F το οποίο ονομάζεται κύρια εστία του φακού. Η απόσταση f ονομάζεται εστιακή απόσταση.

This graphic shows a reconstruction (at lower left) of the brightest galaxy whose image has been distorted by the gravity of a distant galaxy cluster. The small rectangle in the center shows the location of the background galaxy on the sky if the intervening galaxy cluster were not there. The rounded outlines show distinct, distorted images of the background galaxy resulting from lensing by the mass in the cluster. The image at lower left is a reconstruction of what the lensed galaxy would look like in the absence of the cluster, based on a model of the cluster's mass distribution derived from studying the distorted galaxy images. Illustration Credit: NASA, ESA, and Z. Levay (STScI) Science Credit: NASA, ESA, J. Rigby (NASA Goddard Space Flight Center), K. Sharon (Kavli Institute for Cosmological Physics, University of Chicago), and M. Gladders and E. Wuyts (University of Chicago)

Ως βαρυτικός φακός θεωρείται κάθε κατανομή ύλης (όπως ένα άστρο, ένας γαλαξίας ή σμήνος γαλαξιών) που βρίσκεται ανάμεσα σε μία μακρινή πηγή φωτός (ηλεκτρομαγνητικό κύμα) και έναν παρατηρητή, η οποία καμπυλώνει την διαδρομή του φωτός από την πηγή μέχρι τον παρατηρητή. Το φαινόμενο χαρακτηρίζεται ως βαρυτική εστίαση και αποτελεί μία από τις προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της σχετικότητας. Το φαινόμενο αυτό αποτέλεσε την πρώτη πειραματική επαλήθευση της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας από τον Arthur Eddington.

Αντίθετα με έναν συνηθισμένο φακό, ένας βαρυτικός φακός εκτρέπει (πολύ) περισσότερο το φως που περνά πιο κοντά από το κέντρο του και (πολύ) λιγότερο το φως που περνά πιο μακριά από αυτό. Κατά συνέπεια δεν έχει μοναδικό σημείο ως εστία, αλλά μία γραμμή (εστιακή γραμμή). Ο όρος «φακός» για τη βαρυτική κάμψη των φωτεινών ακτίνων χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον O.J. Lodge, ο οποίος σχολίασε ότι «δεν είναι σωστό να λέμε ότι το ηλιακό βαρυτικό πεδίο δρα ως φακός, διότι δεν έχει εστιακή απόσταση». Σύμφωνα με τον Claudio Maccone αν στείλουμε ένα κατάλληλα εξοπλισμένο διαστημικό σκάφος κατά μήκος οποιασδήποτε ακτινικής κατεύθυνσης μακριά από τον Ήλιο έως την ελάχιστη απόσταση των 550 AU και πέραν, η μάζα του Ήλιου θα λειτουργήσει ως ένας τεράστιος μεγεθυντικός φακός ραδιοκυμάτων, επιτρέποντάς μας να «δούμε» στην άλλη πλευρά του Ήλιου, ακόμη και σε πολύ μεγάλες αποστάσεις.

Ο Ήλιος ως βαρυτικός φακός με ελάχιστη εστιακή απόσταση 550 AU (=3,17 ημέρες φωτός=13,75 φορές πέρα από την τροχιά του Πλούτωνα) και την θέση του διαστημικού σκάφους πέρα από το ελάχιστο εστιακό μήκος. Geometry of the Sun gravitational lens with the minimal focal length of 550 AU (= 3.17 light days = 13.75 times beyond Pluto’s orbit) and the FOCAL spacecraft position beyond the minimal focal length. Credit: Claudio Maccone

Στην μελλοντολογική του εργασία ο Claudio Maccone εξετάζει επίσης την ραδιοφωνική γέφυρα μεταξύ του Ήλιου και κάθε άλλου άστρου, που αποτελούν σύστημα δυο βαρυτικών φακών. Η λειτουργία της ευθυγράμμισης μιας τέτοιας ραδιογέφυρας είναι πολύ δύσκολη, αλλά η εξοικονόμηση ενέργειας είναι τεράστια, λόγω των τεράστιων συνεισφορών των φακών των δύο άστρων στο συνολικό κέρδος της κεραίας του συστήματος.

Channel Capacities for all five information channels made up by the radio bridges between the Sun and another star. The second and third column give the Channel Capacity for bandwidth equal to 1 Hz (typical SETI case) and 1 kHz (sometimes used in SETI also), respectively. © Maccone

Μελετά επίσης την χωρητικότητα πληροφοριών του καναλιού για καθεμία από αυτές τις ραδιογέφυρες, θέτοντας έτσι έναν φυσικό περιορισμό στο μέγεθος της μεταφοράς πληροφοριών που θα είναι δυνατή στην περίπτωση που χρησιμοποιούνται άστρα ως βαρυτικοί φακοί. 

A classic spiral, the Whirlpool Galaxy (M51) is 30 million light years distant and 60 thousand light years across. What sort of communications network might link civilizations here? Credit: N. Scoville (Caltech), T. Rector (U. Alaska, NOAO) et al., Hubble Heritage Team, NASA.

Βέβαια, ακόμα κι αν ξεπεραστούν όλα τα προβλήματα που εμφανίζονται στην υλοποίηση ενός τέτοιου γιγαντιαίου εγχειρήματος, θα πρέπει να ξεχάσουμε την γνωστή μας άμεση επικοινωνία με σύντομα μηνύματα. Μπορεί τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα να κινούνται με την μέγιστη ταχύτητα στο σύμπαν, την ταχύτητα του φωτός, όμως οι αποστάσεις στον γαλαξία μας είναι τεράστιες (το κοντινότερο άστρο στον Ήλιο μας, ο Εγγύς του Κενταύρου, απέχει 4,2 έτη φωτός). Γι' αυτό τα μηνύματα πρέπει να είναι μεγάλα και με εξειδικευμένο περιεχόμενο (διαβάστε σχετικά ΕΔΩ: Finding the Galactic Internet).

Πηγές: Claudio Maccone, “Galactic internet made possible by star gravitational lensing”, ArXiv, pp. 1-6, 2021. https://arxiv.org/abs/2103.11483 - https://www.universetoday.com/150671/gravitational-lenses-could-allow-a-galaxy-wide-internet/ - https://theuncoverreality.in/2021/03/23/does-galactic-internet-exists-when-humans-could-be-able-to-build-theirs-astronomy/ - https://physicsgg.me/2021/03/29

 

 

 

O Δαίδαλος θα αναζητήσει καταφύγια ανθρώπων στην Σελήνη. ESA Funds Research into Lunar Cave Explorer

Ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA) θέλει να εξερευνήσει τα σπήλαια που υπάρχουν στην Σελήνη και θα χρησιμοποιήσει εξελιγμένα ρομπότ ειδικά σχεδιασμένα για αυτό τον σκοπό. Το πρόγραμμα αυτό ονομάστηκε «Descent And Exploration in Deep Autonomy of Lunar Underground Structures, DAEDALUS» για να τιμήσει όπως είναι ευνόητο τον μεγάλο αρχαίο Έλληνα εφευρέτη. What might look like a dangling hamster ball is actually a robotic sphere to explore the depths of lunar caves. Designed by a team coordinated by Germany’s Julius-Maximilians-Universität of Würzburg (JMU), the Descent And Exploration in Deep Autonomy of Lunar Underground Structures, DAEDALUS, robot is being evaluated by ESA’s Concurrent Design Facility, as part of a larger study of lunar cave mission concepts. Credit: Julius-Maximilians-University

Τα σπήλαια αποτέλεσαν τα πρώτα καταλύματα που χρησιμοποίησαν οι άνθρωποι για να προστατευτούν από τα στοιχεία της φύσης αλλά και τα επικίνδυνα ζώα. Το ίδιο μπορεί να συμβεί και στην Σελήνη.

Three images of the Marius Hills pit on the Moon, imaged by NASA’s Lunar Reconnaissance Orbiter. This pit is about 34 metres deep and 65 by 90 metres wide. Marius Hills and other pits may be ‘skylights’ into extensive lava tubes. Credit: NASA/GSFC/Arizona State University

Πρόσφατα έγινε γνωστό ότι ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA) θέλει να εξερευνήσει τα σπήλαια που υπάρχουν στην Σελήνη και θα χρησιμοποιήσει εξελιγμένα ρομπότ ειδικά σχεδιασμένα για αυτό τον σκοπό. Το πρόγραμμα αυτό ονομάστηκε «Descent And Exploration in Deep Autonomy of Lunar Underground Structures, DAEDALUS» για να τιμήσει όπως είναι ευνόητο τον μεγάλο αρχαίο Έλληνα εφευρέτη.

A prototype developed by the University of Würzburg of the Daedalus probe that would be lowered into a lunar cave using a tether. Credit: University of Würzburg

Το πρώτο από αυτά τα ρομπότ βρίσκεται στο τελικό στάδιο κατασκευής του και σε αυτή ο ΕΟΔ συνεργάζεται με ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου Ιούλιος Μαξιμιλιανός του Βύρτσμπουργκ. Ο ΕΟΔ έδωσε στην δημοσιότητα μια φωτογραφία και κάποιες λεπτομέρειες του πρώτου ρομπότ ενώ όπως έγινε γνωστό θα ακολουθήσει η κατασκευή άλλων δύο.

Entering a lunar lava tube. The Moon’s surface is covered by millions of craters, but it also hosts hundreds of very steep-walled holes known as pits. Like doorways to the underworld, photos of some pits clearly show a cavern beneath the Moon’s surface, suggesting that they are ‘skylights’ into extensive lava tubes that can be as wide as New York’s Central Park, and could extend for hundreds of kilometers. These tubes are thought to have formed during lava flows billions of years ago, when the Moon was still geologically active. Credit: Conor Marsh, University of Manchester

Η ηφαιστειακή δραστηριότητα ανάμεσα στα άλλα δημιουργεί στο υπέδαφος τούνελ τα οποία το πέρασμα της λάβας σμιλεύονται με τρόπο τέτοιο ώστε να μετατρέπονται στην ουσία σε υπόγεια σπήλαια. Τέτοιου είδους σπήλαια υπάρχουν στην Γη αλλά θεωρείται βέβαιο ότι υπάρχουν στην Σελήνη και τον Άρη.

Artist’s impression of the European Large Logistics Lander (EL3) unloading cargo. This cargo could include a mission to explore lunar caves. Credit: ESA/ATG-Medialab

Προς το παρόν έχει εντοπιστεί η ύπαρξη ενός τέτοιου τούνελ στον φυσικό μας δορυφόρο. Θεωρητικώς αυτοί οι γεωλογικοί σχηματισμοί στην Σελήνη και τον Άρη θα μπορούσαν να προστατεύσουν τους ανθρώπους από τις ακραίες εξωτερικές συνθήκες που επικρατούν εκεί αλλά και την βλαβερή κοσμική ακτινοβολία. Πρέπει λοιπόν να ξέρουμε αν αυτά τα σπήλαια καλύπτουν όλες τις προϋποθέσεις για να μπορέσει να ζήσει εκεί ο άνθρωπος μέχρι τουλάχιστον να δημιουργηθούν στην επιφάνεια του φεγγαριού αλλά και του Κόκκινου Πλανήτη ασφαλείς κατοικίες.

In a first step towards uncovering the Moon’s subterranean secrets, in 2019 ESA asked for your ideas to detect, map, and explore lunar caves. Five ideas were selected to be studied in more detail, each addressing different phases of a potential mission. This mission concept investigated exploring and characterizing the entrance and initial part of lunar lava tubes using a compact, tightly integrated spherical robotic device, with a complementary payload set and autonomous capabilities. It specifically addressed the identification and characterization of potential resources for future ESA exploration missions, the local environment of the subsurface and its geological and compositional structure. The sphere would house laser scanners, cameras and supporting equipment, and would be lowered into the skylight to explore the entrance, associated caverns and pipes. Lidar systems will produce 3D models of the environment; this will be the primary exploration toolset within the sphere. Credits: University of Würzburg

Το πρώτο ρομπότ που θα εξερευνήσει τα σπήλαια της Σελήνης έχει σφαιρικό σχήμα και διάμετρο 46 εκατ. όσο περίπου δύο μπάλες ποδοσφαίρου. Το ρομπότ θα διαθέτει στερεοσκοπική κάμερα, σύστημα σάρωσης με λέιζερ παρόμοιο με αυτό που χρησιμοποιούν τα αυτόνομα αυτοκίνητα (lidar) κα γενικότερα συστήματα και τεχνολογία με την οποία θα κάνει τρισδιάστατη χαρτογράφηση στα σπήλαια στα οποία θα εισέρχεται.

An overview of the University of Oviedo’s idea, where a charging head (CH) attached to the end of a crane can communicate with the underground rovers – cave elements (CEs) – using WiFi. Credit: University of Oviedo

Το ρομπότ θα ρίχνει μέσα στο σπήλαιο ένας γερανός και είναι δεμένο με ένα καλώδιο το οποίο θα διαθέτει συστήματα ασύρματης επικοινωνίας (Wi-Fi) ώστε το ρομπότ να μεταδίδει τα δεδομένα που συλλέγει.

Πηγές: https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2021/03/Lunar_cave_explorer - https://www.informatik.uniwuerzburg.de/space/mitarbeiter/nuechter/projects/daedalus/ - https://www.esa.int/Enabling_Support/Preparing_for_the_Future/Discovery_and_Preparation/ESA_plans_mission_to_explore_lunar_caves - https://www.naftemporiki.gr/story/1707746/o-daidalos-tha-anazitisei-katafugia-anthropon-stin-selini