Το «ταγκό» της Ναϊάδας και της Θάλασσας: Ο θαυμαστός «χορός της αποφυγής» δύο φεγγαριών του Ποσειδώνα. Neptune’s Moons Naiad and Thalassa Perform ‘Dance of Avoidance’

Ακόμα και για τα δεδομένα του εξώτερου ηλιακού συστήματος, οι περίεργες τροχιές δύο εκ των δορυφόρων του Ποσειδώνα είναι άνευ προηγουμένου, σύμφωνα με νέα μελέτη. Ειδικοί στην τροχιακή δυναμική κάνουν λόγο για έναν «χορό αποφυγής» από τα δύο μικρά φεγγάρια- Ναϊάς και Θάλασσα. Even by the wild standards of the outer solar system, the strange orbits that carry Neptune's two innermost moons are unprecedented, according to newly published research. Animation illustrating how the odd orbits of Neptune's inner moons Naiad and Thalassa enable them to avoid each other as they race around the planet. Credit: NASA/JPL-Caltech

Ακόμα και για τα δεδομένα του εξώτερου ηλιακού συστήματος, οι περίεργες τροχιές δύο εκ των δορυφόρων του Ποσειδώνα είναι άνευ προηγουμένου, σύμφωνα με νέα μελέτη.

Ειδικοί στην τροχιακή δυναμική κάνουν λόγο για έναν «χορό αποφυγής» από τα δύο μικρά φεγγάρια- Ναϊάς και Θάλασσα. Πρόκειται για ένα πραγματικό ζευγάρι, με τροχιές σε απόσταση 1.850 χλμ- ωστόσο ποτέ δεν πλησιάζουν πολύ το ένα στο άλλο. Η τροχιά της Ναϊάδας έχει κλίση και εντυπωσιακής ακρίβειας συγχρονισμό: Κάθε φορά που διέρχεται από την (πιο αργή) Θάλασσα, η απόστασή τους είναι 2.200 χλμ.

An observer sitting on Thalassa would see Naiad in an orbit that varies wildly in a zigzag pattern, passing by twice from above and then twice from below. Credit: NASA/JPL-Caltech

Στο πλαίσιο αυτής της αέναης «χορογραφίας», η Ναϊάς περιστρέφεται γύρω από τον παγωμένο γίγαντα κάθε επτά ώρες, ενώ η Θάλασσα κάνει επτάμισι ώρες. Ένας παρατηρητής στη Θάλασσα θα έβλεπε τη Ναϊάδα σε μια τροχιά που παρουσιάζει μεγάλες μεταβολές, σε μια τεθλασμένη πορεία, να περνά δύο φορές από πάνω και δύο φορές από κάτω. Αυτή η κίνηση επαναλαμβάνεται κάθε φορά που η Ναϊάς «ρίχνει τέσσερις γύρους» στη Θάλασσα.

Αν και ο «χορός» αυτός φαίνεται περίεργος, κρατά τις τροχιές σταθερές, σημειώνουν οι ερευνητές. «Υπάρχουν πολλά διαφορετικά είδη “χορών” που μπορεί να ακολουθούν πλανήτες, φεγγάρια και αστεροειδείς, αλλά αυτόν δεν τον έχουμε ξαναδεί ποτέ» είπε η Μαρίνα Μπρόζοβιτς, ειδική σε θέματα δυναμικής του ηλιακού συστήματος στο JPL της NASA στην Πασαντίνα της Καλιφόρνια και lead author του επιστημονικού άρθρου, που δημοσιεύτηκε στις 13 Νοεμβρίου στο Icarus.

Μακριά από την έλξη του ήλιου, οι γιγαντιαίοι πλανήτες του εξώτερου ηλιακού συστήματος είναι οι κυρίαρχες πηγές βαρύτητας και όλοι μαζί διαθέτουν δεκάδες φεγγάρια. Κάποια σχηματίστηκαν μαζί τους και ποτέ δεν έφυγαν, άλλα «αιχμαλωτίστηκαν» αργότερα, σε τροχιές γύρω από τους πλανήτες τους. Κάποια κινούνται σε αντίθετη φορά με αυτήν της περιστροφής του πλανήτη, άλλα «ανταλλάσσουν» τροχιές, αποφεύγοντας τη σύγκρουση. Ο Ποσειδώνας έχει 14 φεγγάρια, με το πιο μακρινό (Νησώ) να κινείται σε μια πολύ ελλειπτική τροχιά που το φέρνει 74 εκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά από τον πλανήτη – και μια περιστροφή να χρειάζεται 27 χρόνια για να ολοκληρωθεί.

Naiad and Thalassa were discovered by Voyager 2 in 1989. Image Credit: NASA/JPL-Caltech

Η Ναϊάς και η Θάλασσα είναι μικρά φεγγάρια, μήκους περίπου 100 χλμ. Είναι δύο από τα επτά εσώτερα φεγγάρια του Ποσειδώνα, και εντάσσονται σε ένα συνωστισμένο σύστημα που περιλαμβάνει αχνούς δακτυλίους. Όσον αφορά στο πώς κατέληξαν «μαζί» και «χώρια» ταυτόχρονα, θεωρείται πως το αρχικό σύστημα των δορυφόρων διαταράχθηκε όταν ο Ποσειδώνας «αιχμαλώτισε» το γιγαντιαίο φεγγάρι του, τον Τρίτωνα- και ότι αυτά τα εσώτερα φεγγάρια και οι δακτύλιοι σχηματίστηκαν από συντρίμμια που προέκυψαν.

The odd orbits of Neptune’s inner moons Naiad and Thalassa enable them to avoid each other as they race around the giant planet. Image credit: Brozović et al, doi: 10.1016/j.icarus.2019.113462.

«Η Ναϊάς και η Θάλασσα πιθανότατα είναι κλεισμένες σε αυτή την κίνηση για πολύ καιρό, επειδή κάνει τις τροχιές τους πιο σταθερές. Διατηρούν την ειρήνη αποφεύγοντας να πλησιάσουν πάρα πολύ» είπε ο Μαρκ Σόουαλτερ, πλανητικός αστρονόμος στο SETI Institute στο Μάουντεν Βιου της Καλιφόρνια και ένας εκ των συντελεστών του εν λόγω επιστημονικού άρθρου.

Πηγές: https://arxiv.org/abs/1910.13612 - https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7540 - https://www.naftemporiki.gr/story/1534085/to-tagko-tis-naiadas-kai-tis-thalassas-o-thaumastos-xoros-tis-apofugis-duo-feggarion-tou-poseidona

Ηλίας Γκρης, «Το ερπετό που ξυπνάει»

Leonora Carrington, The bite of a snake brugmansias, 1975

17 Νοέμβρη 1989

Θητεύσαμε παιδιά στη νύχτα με ένα σταφύλι θυμού ατρύγητο.

Τι αμό­λυντη περηφάνια είχαν τα λόγια μας φωτίζοντας το θαύμα πού· θαύμα δεν έγινε.

Είναι από τότε που η μνήμη ερπετό ξυπνάει και τρώει απ' τη θλίψη και

ύστερα λουφάζει σε τάφο συλημένο, γιατί πάντα θα ανθίζει η στοργή

για τα ναυάγια που επιστρέφουν παράδοξα όπως σκιές του φονιά μέσα

στα όνειρα.

Και είναι από τότε που βγάζουν στο σφυρί τα κουρέλια εκείνου του

πάναγνου έρωτα· του πάναγνου έρωτα. Και όσοι τάχθηκαν πρώτοι,

εξαρ­γύρωσαν την κραυγή μας ερήμην.

Από κείνη τη νύχτα, ό,τι και αν πω, φωνάζει σαν αίμα.

 René Magritte, The voice of the blood, 1959

Από τη συλλογή «Η Έφεσος των Αλόγων», εκδ. Δελφίνι, 1993.

James Peebles: Γιατί το όνομα «θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης» είναι λανθασμένο. Top cosmologist's lonely battle against 'Big Bang' theory

«Το πρώτο πράγμα που πρέπει να ξέρουμε για το επιστημονικό μου αντικείμενο είναι ότι η ονομασία του, η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης (Big Bang), δεν είναι σωστή», λέει ο βραβευμένος με το Νόμπελ Φυσικής 2019 James Peebles. James Peebles won this year's Nobel prize in physics for helping transform the field of cosmology into a respected science, but if there's one term he hates to hear, it's "Big Bang Theory."

Ο όρος Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang) χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Fred Hoyle σε μια ραδιοφωνική εκπομπή του BBC, το κείμενο της οποίας δημοσιεύθηκε το 1950. Ο Hoyle με τους συνεργάτες του Hermann Bondi και Thomas Gold, είχαν διατυπώσει το 1948 την Θεωρία της Σταθερής Κατάστασης για το σύμπαν και χρησιμοποίησε τον όρο Μεγάλη Έκρηξη για να ειρωνευτεί την αντίπαλη θεωρία. Παρ’ όλα αυτά τελικά ο όρος αυτός επικράτησε, αποβάλλοντας το ειρωνικό του περιεχόμενο.

The Nobel committee last month honored Peebles for developing since the mid-1960s the now prevalent theoretical framework for the young universe 14 billion years ago. AFP / JIM WATSON

Ο James Peebles που κέρδισε το φετινό βραβείο Νόμπελ στη Φυσική είχε μεγάλη συνεισφορά, στις αρχές της δεκαετίας του 1960, στην εδραίωση της θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης. Όμως, όπως δήλωσε σε μια πρόσφατη ομιλία του στην Σουηδική Πρεσβεία στην Ουάσινγκτον απεχθάνεται το όνομα «θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης». Το θεωρεί εντελώς ακατάλληλο. Και τούτο, διότι το όνομα αυτό υπαινίσσεται την έννοια ενός γεγονότος και μιας θέσης, κάτι που είναι λάθος, γιατί στην πραγματικότητα δεν υπάρχουν σαφή δεδομένα για μια γιγαντιαία έκρηξη.

Ο James Peebles είναι προσεκτικός στις διατυπώσεις του και δηλώνει πως δεν γνωρίζει τίποτε για την «αρχή». Είναι πολύ ατυχές το γεγονός ότι κάποιος (ακούγοντας τον όρο «Μεγάλη Έκρηξη») σκέφτεται την αρχή, ενώ στην πραγματικότητα δεν έχουμε μια καλή θεωρία για κάτι τέτοιο.

Αντίθετα, έχουμε μια «καλά δοκιμασμένη θεωρία της εξέλιξης από μια αρχέγονη κατάσταση» στην σημερινή κατάσταση, ξεκινώντας από «τα πρώτα δευτερόλεπτα της διαστολής» – κυριολεκτικά τα πρώτα δευτερόλεπτα του χρόνου, τα οποία έχουν αφήσει τις κοσμολογικές υπογραφές που αναφέρονται ως «απολιθώματα».

Τα απολιθώματα στην παλαιοντολογία σημαίνουν τα διατηρημένα υπολείμματα των ζωντανών οργανισμών από τις πρώιμες γεωλογικές ηλικίες. Τα παλαιότερα κοσμολογικά απολιθώματα είναι ο σχηματισμός του στοιχείου ηλίου και άλλων ελαφρών στοιχείων ως αποτέλεσμα της πυρηνοσύνθεσης που πραγματοποιήθηκε όταν το σύμπαν ήταν πολύ θερμό και πολύ πυκνό.

Αυτές οι θεωρίες υποστηρίζονται με πολύ μεγάλη ακρίβεια από θεωρητικά και παρατηρησιακά δεδομένα, σε αντίθεση με τις θεωρίες που επιχειρούν να περιγράψουν την προηγούμενη μυστηριώδη φάση της «αρχικής χρονικής στιγμής». Δεν έχουμε μια ισχυρή απόδειξη για το τι συνέβη νωρίτερα. Έχουμε θεωρίες, αλλά δεν επιβεβαιώνονται πειραματικά.

Οι θεωρίες είναι υπέροχες, αλλά για μένα, γίνονται αποδεκτές μόνο όταν επιβεβαιωθούν πειραματικά. Κάθε έξυπνος φυσικός μπορεί να δημιουργήσει θεωρίες. Δεν θα μπορούσαν όμως να έχουν καμία σχέση με την πραγματικότητα. Ανακαλύπτετε ποιες θεωρίες είναι κοντά στην πραγματικότητα, συγκρίνοντας τες με τα πειράματα. Δεν έχουμε πειραματικά στοιχεία ώστε να επιβεβαιώσουν κάποια θεωρία που περιγράφει αυτό που συνέβη νωρίτερα.

Inflation took place a fraction of a second after the Big Bang, well before the signal from the cosmic microwave background (CMB). This process dramatically increased the size of the universe in an incredibly short amount of time, both magnifying local density fluctuations and diluting the universe’s temperature profile to create the smooth CMB we observe. Other evidence of inflation is anticipated to come from identification of the gravitational waves produced during inflation, which should have a characteristic polarization (or pattern). Astronomy: Roen Kelly, after BICEP2 Collaboration

Μια από αυτές τις θεωρίες είναι γνωστή ως το «μοντέλο πληθωρισμού», το οποίο θεωρεί ότι το πρώιμο σύμπαν επεκτάθηκε εκθετικά γρήγορα μεταξύ 10^-33 και 10^-32 δευτερόλεπτων της ύπαρξης του σύμπαντος.

James Peebles at Princeton in 1990. PRINCETON UNIVERSITY/AFP/File / Robert P. MATTHEWS

«Είναι μια όμορφη θεωρία», δήλωσε ο Peebles. «Πολλοί άνθρωποι πιστεύουν ότι επειδή είναι τόσο όμορφη, είναι σίγουρα σωστή. Αλλά τα αποδεικτικά στοιχεία είναι ισχνά».

Στην ερώτηση, «με ποιόν όρο θα αντικαθιστούσε το όνομα «Μεγάλη Έκρηξη», απάντησε: Έχω εγκαταλείψει την προσπάθεια, χρησιμοποιώ και εγώ τον όρο «Μεγάλη Έκρηξη» και δεν μου αρέσει. Εδώ και χρόνια, ορισμένοι από εμάς προσπάθησαν να πείσουν την επιστημονική κοινότητα να βρει έναν καλύτερο όρο χωρίς επιτυχία. Έτσι, έμεινε ο όρος «Μεγάλη Έκρηξη». Είναι αποτυχημένος όρος, αλλά όλοι ξέρουν αυτό το όνομα. Γι αυτό και εγκατέλειψα (τις προσπάθειες αντικατάστασής του).

Πηγές: https://www.afp.com/en/news/826/top-cosmologists-lonely-battle-against-big-bang-theory-doc-1m915e1 - https://physicsgg.me/2019/11/14/

Ανακαλύφθηκε άστρο - πύραυλος που εκσφενδονίστηκε από τη μαύρη τρύπα του γαλαξία μας. Runaway star – out of the galactic heart of darkness like a bat out of hell

Καλλιτεχνική απεικόνιση του S5-HVS1: Το άστρο βρίσκεται στον αστερισμό του Γερανού σε απόσταση 29.000 ετών φωτός από τη Γη. Astronomers have spotted an ultrafast star, traveling at a blistering 6 million km/h, that was ejected by the supermassive black hole at the heart at the Milky Way five million years ago. The discovery of the star, known as S5-HVS1, was made as part of the Southern Stellar Stream Spectroscopic Survey (S5). Located in the constellation of Grus - the Crane - S5-HVS1 was found to be moving ten times faster than most stars in the Milky Way. Hypervelocity star ejected by black hole. Credit: S5 Collaboration

Ένα άστρο, που ταξιδεύει στον γαλαξία μας με την εντυπωσιακή ταχύτητα-ρεκόρ των έξι εκατομμυρίων χιλιομέτρων την ώρα (δέκα φορές πιο γρήγορα από τα περισσότερα άστρα όπως ο Ήλιος), αφότου «εκτινάχθηκε» μακριά από την κεντρική γαλαξιακή μαύρη τρύπα, ανακάλυψε μία διεθνής ομάδα αστρονόμων.

Η «έξωση» που έδωσε τρομερή ώθηση στο άστρο S5-HVS1 και το μετέτρεψε σε …πύραυλο, εκτιμάται ότι συνέβη πριν περίπου πέντε εκατομμύρια χρόνια.

An animation of artist's impressions of the ejection of the star S5-HVS1 by the supermassive black hole at the centre of the Milky Way galaxy. Credit: James Josephides (Swinburne Astronomy Productions)

Το άστρο κινείται πλέον τόσο γρήγορα, που αναμένεται να έχει βγει από τον γαλαξία μας σε περίπου 100 εκατομμύρια χρόνια, χωρίς ποτέ πια να επιστρέψει, ταξιδεύοντας στη συνέχεια για πάντα στο αχανές κενό του διαγαλαξιακού χώρου.

The location of S5-HVS1 on the sky and the direction of its motion. The star is flying away from the galactic center, from which it was ejected 5 million years ago. Credit: Sergey Koposov

Οι ερευνητές, οι οποίοι έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Monthly Notices» της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας της Βρετανίας, πραγματοποίησαν την ανακάλυψη του άστρου, που βρίσκεται στον αστερισμό του Γερανού σε απόσταση 29.000 ετών φωτός από τη Γη, με το διαμέτρου τεσσάρων μέτρων Αγγλο-Αυστραλιανό Τηλεσκόπιο του Αστεροσκοπείου Siding Spring της Αυστραλίας και με το ευρωπαϊκό δορυφορικό τηλεσκόπιο Gaia.

Η τεράστια μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία μας, γνωστή ως«Τοξότης Α*» ή «Καρδιά του Σκότους», διαθέτει μάζα ισοδύναμη με περισσότερους από τέσσερα εκατομμύρια ήλιους και είναι ικανή όχι μόνο να παγιδεύσει με την ελκτική δύναμη της, αλλά και να «ξαποστείλει» μακριά της ένα άστρο.

Αυτό συμβαίνει στα διπλά αστρικά συστήματα, στα οποία το ένα άστρο «συλλαμβάνεται» από τη μαύρη τρύπα και το άλλο εκσφενδονίζεται μακριά (πρόκειται για τον λεγόμενο «μηχανισμό Hills» που προτάθηκε από τον αστρονόμο Τζακ Χιλς πριν 30 χρόνια).

Πηγές: Sergey E Koposov et al. Discovery of a nearby 1700 km/s star ejected from the Milky Way by Sgr A*, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2019). DOI: 10.1093/mnras/stz3081 - https://phys.org/news/2019-11-runaway-star-galactic-heart-darkness.html - https://www.kathimerini.gr/1051461/gallery/epikairothta/episthmh/anakalyf8hke-astro---pyraylos-poy-eksfendonisthke-apo-th-mayrh-trypa-toy-gala3ia-mas

Ανακαλύφθηκε η αρχαιότερη ένδειξη επικονίασης λουλουδιού από έντομο. Beetle in amber pollinated flowers 99M years ago

Ανακαλύφθηκε στη Μιανμάρ το αρχαιότερο απολίθωμα που δείχνει επικονίαση λουλουδιού από έντομο πριν 99 εκατομμύρια χρόνια. Since Charles Darwin, insect pollination was thought to be a key contributor to the Cretaceous rise of flowering plants (angiosperms). Both insects and flowering plants were common during the mid-Cretaceous epoch, but physical evidence for Cretaceous insect pollination of flowering plants was until now absent. An international team of paleontologists from the United States and China has now found an ancient beetle with pollen grains still stuck to its legs trapped in a 99-million-year-old piece of Burmese amber. Ecological reconstruction of tumbling flower beetles Angimordella burmitina. These beetles are feeding on eudicot flowers. The color and morphology of flowers are artistic only. Image credit: Ding-hau Yang / Bao et al, doi: 10.1073/pnas.1916186116.

Επιστήμονες από την Κίνα και τις ΗΠΑ ανακάλυψαν στη βόρεια Μιανμάρ την αρχαιότερη ένδειξη επικονίασης λουλουδιού από έντομο, η οποία συνέβη πριν τουλάχιστον 99 εκατομμύρια χρόνια, περίπου 50 εκατομμύρια χρόνια νωρίτερα από ό,τι είχε βρεθεί έως τώρα, σε μια εποχή που πτεροδάκτυλοι πετούσαν ακόμη στους ουρανούς.

Angimordella burmitina and tricolpate pollen grains: (A) pollen grains attached to the body are indicated by red dots, unattached are indicated by yellow dots, clumped pollen are indicated by blue squares; (B-H) locations are highlighted in A; (B and C) pollen grains near the body; yellow arrows point to colpi; (D and E) pollen grains on the body; (F-H) clumped pollen grains; (G and H) locations are highlighted in F and G, respectively. Blue arrows point to colpi. Image credit: Bao et al, doi: 10.1073/pnas.1916186116.

Συγκεκριμένα, το απολίθωμα που ανακαλύφθηκε, περιέχει τόσο το σκαθάρι, όσο και 62 κόκκους γύρης του φυτού που είχαν κολλήσει στα πόδια του εντόμου. Πριν τη νέα ανακάλυψη, η αρχαιότερη ένδειξη επικονίασης ανθοφόρου φυτού από έντομο, προερχόταν από τη μέση Ηώκαινο εποχή πριν περίπου 45 έως 48 εκατομμύρια χρόνια.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον καθηγητή Γουάνγκ Μπο του Ινστιτούτου Γεωλογίας και Παλαιοντολογίας Ναντζίνγκ της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των ΗΠΑ (PNAS), ανακάλυψαν το απολίθωμα εγκλωβισμένο μέσα σε κεχριμπάρι, βαθιά σε ένα ορυχείο. Στο ίδιο σημείο είχε παλαιότερα βρεθεί ο πρώτος αμμωνίτης μέσα σε κεχριμπάρι.

Angimordella burmitina in a 99-million-year-old piece of amber. The fossil was recovered from a mine in the Hukawng Valley, Kachin State, Myanmar. It also contains 62 pollen grains from a eudicot flower. Image credit: Nanjing Institute of Geology and Palaeontology.

Ο εντοπισμός της γύρης δεν ήταν εύκολος και κατέστη δυνατός χάρη στη χρήση συνεστιακού μικροσκοπίου λέιζερ και οπτικής φωτομικρογραφίας. Η γύρη προερχόταν πιθανότατα από φυτό της ομοταξίας των Ευδικοτυλήδονων. Το σκαθάρι που έκανε την επικονίαση, ανήκει σε ένα άγνωστο έως τώρα είδος που ονομάσθηκε Angimordella burmitina.

«Είναι τρομερά σπάνιο να βρεθεί τόσο το έντομο όσο και η γύρη διατηρημένα μέσα σε ένα κοινό απολίθωμα», δήλωσε ο ερευνητής Ντέιβιντ Ντίλχερ, ομότιμος καθηγητής του Τμήματος Γεωεπιστημών του Πανεπιστημίου της Ιντιάνα.

Το μεγαλύτερο μέρος της τροφής των ανθρώπων προέρχεται από αγγειόσπερμα (ανθοφόρα) φυτά, από τα οποία σήμερα υπάρχουν τουλάχιστον 300.000 γνωστά είδη. Αρκετά από αυτά αυτο-επικονιάζονται, αλλά πάνω από το 90% χρειάζονται επικονίαση από έντομα (ή ζώα και τον άνεμο) για να αναπαραχθούν, κάτι που καθιστά την διαδικασία της επικονίασης πολύ σημαντική για την φύση και την ανθρωπότητα. Το πότε ακριβώς άρχισε η επικονίαση, παραμένει αντικείμενο επιστημονικής συζήτησης.

Πηγές: https://www.pnas.org/content/early/2019/11/05/1916186116 - http://www.sci-news.com/paleontology/cretaceous-flower-pollination-07793.html - https://www.amna.gr/home/article/407373/Anakalufthike-sti-Mianmar-to-archaiotero-apolithoma-pou-deichnei-epikoniasi-louloudiou-apo-entomo-

Το Σύμπαν που ζούμε είναι κλειστό ή ανοικτό; What Shape Is the Universe? A New Study Suggests We’ve Got It All Wrong

Από μια νέα ανάλυση της αρχέγονης ακτινοβολίας που περίσσεψε από την Μεγάλη Έκρηξη προκύπτει το συμπέρασμα ότι το σύμπαν είναι σφαιρικό και κλειστό. Αυτό βρίσκεται σε αντίθεση με την μέχρι σήμερα αποδεκτή άποψη ότι το σύμπαν είναι επίπεδο και ανοικτό. When researchers reanalyzed the gold-standard data set of the early universe, they concluded that the cosmos must be “closed,” or curled up like a ball. Most others remain unconvinced. In a flat universe, as seen on the left, a straight line will extend out to infinity. A closed universe, right, is curled up like the surface of a sphere. In it, a straight line will eventually return to its starting point. Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Magazine

Από μια νέα ανάλυση της αρχέγονης ακτινοβολίας που περίσσεψε από την Μεγάλη Έκρηξη προκύπτει το συμπέρασμα ότι το σύμπαν είναι σφαιρικό και κλειστό. Αυτό βρίσκεται σε αντίθεση με την μέχρι σήμερα αποδεκτή άποψη ότι το σύμπαν είναι επίπεδο και ανοικτό. Αν συνυπολογίσουμε και την διαφωνία που αιωρείται σχετικά με την τιμή της σταθεράς του Hubble, τότε δημιουργείται η αίσθηση πως η Κοσμολογία βρίσκεται σε κρίση.

Η γεωμετρία του σύμπαντος

Στην Ευκλείδεια γεωμετρία ο χώρος διαιρείται σε κύβους, και κανείς αντιλαμβάνεται τη συνηθισμένη προοπτική: το φαινόμενο γωνιακό μέγεθος των αντικειμένων είναι αντιστρόφως ανάλογο με την απόστασή τους.

Στην υπερβολική γεωμετρία ο χώρος γεμίζει μόνο αν υποδιαιρεθεί σε δωδεκάεδρα. Στον ευκλείδειο χώρο ένα τέτοιο γέμισμα είναι αδύνατο. Το μέγεθος των κελιών εδώ είναι της ίδιας τάξης με την κλίμακα καμπυλότητας. Αν και η προοπτική των κοντινών αντικειμένων στον υπερβολοειδή χώρο είναι αρκετά όμοια με αυτή του ευκλείδειου χώρου, το φαινόμενο γωνιακό μέγεθος των μακρινών αντικειμένων μειώνεται πολύ πιο γρήγορα, στην πραγματικότητα εκθετικά όπως φαίνεται και στην εικόνα. 

Ο σφαιρικός χώρος που φαίνεται στην ανωτέρω εικόνα, γεμίζει επίσης με κανονικά δωδεκάεδρα. Η γεωμετρία του σφαιρικού χώρου μοιάζει με την επιφάνεια της γης εκτός από το γεγονός ότι στην περίπτωσή μας θεωρούμε μια τρισδιάστατη σφαίρα αντί για μια δισδιάστατη. Η προοπτική στον σφαιρικό χώρο είναι ιδιόμορφη. Καθώς αυξάνεται η απόσταση, τα αντικείμενα πρώτα εμφανίζονται να μικραίνουν (όπως στον Ευκλείδειο χώρο), φτάνουν ένα ελάχιστο, και τελικά εμφανίζονται να μεγαλώνουν ξανά με την αύξηση της απόστασης. Η συμπεριφορά αυτή οφείλεται στην δυνατότητα της σφαιρικής γεωμετρίας να προκαλεί εστίαση των ακτίνων. 

Τα τρία παραπάνω σχήματα δείχνουν τις διαφορές που εμφανίζονται κατά την παρατήρηση μακρινών αντικειμένων (προοπτική) στην υπερβολική, την Ευκλείδεια και τη σφαιρική γεωμετρία. Και στις τρεις περιπτώσεις ο χώρος διαιρείται σε όμοια κελιά των οποίων οι ακμές δείχνονται με ράβδους. Οι σφαίρες εντός των κελιών έχουν όμοιο μέγεθος και η αυξανόμενη απόστασή τους παριστάνεται με προοδευτικό χρωματισμό με κόκκινο χρώμα. (Τα σχήματα κατασκευάστηκαν από τους  Stuart Levy του Πανεπιστημίου Urbana-Champaign του Illinois,  και Tamara Munzer του Πανεπιστημίου Stanford για το περιοδικό Scientific American.)

Στην αρχαία Ελλάδα, ο Ευκλείδης ανέπτυξε μια όμορφη μαθηματική θεωρία για τον άπειρο τρισδιάστατο χώρο, η οποία θεωρήθηκε από τους περισσότερους ως ο μόνος λογικά δυνατός τρόπος ύπαρξης του φυσικού μας χώρου.

Ωστόσο, μετά το 1800, οι μαθηματικοί Carl Friedrich Gauss, János Bolyai και Nikolai Lobachevsky ανακάλυψαν ότι ο ομοιογενής τρισδιάστατος χώρος θα μπορούσε να υπάρξει και με άλλους τρόπους. Ο Bolyai έγραψε ενθουσιασμένος στον πατέρα του: «Από το τίποτε, δημιούργησα ένα παράξενο νέο σύμπαν». Αυτοί οι νέοι χώροι υπακούουν σε διαφορετικούς κανόνες: για παράδειγμα, δεν χρειάζονταν να είναι άπειροι όπως όριζε ο Ευκλείδης. Ας φανταστούμε ότι σχεδιάζουμε ένα τρίγωνο σε κάθε μια από τις δισδιάστατες επιφάνειες των τρισδιάστατων σχημάτων που φαίνονται στην παρακάτω εικόνα:

Το άθροισμα των γωνιών του τριγώνου στην επιφάνεια της σφαίρας είναι μεγαλύτερο των 180 μοιρών (αριστερά), ακριβώς ίσο με 180 μοίρες στην επιφάνεια του κυλίνδρου (μέσον) και μικρότερο από 180 μοίρες στην επιφάνεια του υπερβολοειδούς (δεξιά). Επιπλέον, η δισδιάστατη επιφάνεια της σφαίρας είναι πεπερασμένη παρότι δεν διαθέτει πέρας.

Το παράδειγμα αυτό δείχνει ότι οι επιφάνειες μπορούν να παραβιάσουν την Ευκλείδεια γεωμετρία, αν δεν είναι επίπεδες. Ωστόσο, ο Gauss και οι άλλοι είχαν μια πιο ριζοσπαστική ιδέα: ένας χώρος μπορεί να καμπυλωθεί από μόνος του, ακόμα κι αν δεν αποτελεί επιφάνεια κάποιου πράγματος!

Για τους περισσότερους, η μαθηματική ανακάλυψη των μη ευκλείδειων χώρων μάλλον έμοιαζε με μαθηματική αφηρημένη έννοια, που δεν είχε πρακτική σχέση με τον φυσικό κόσμο. Αλλά μετά εμφανίστηκε ο Albert Einstein με τη θεωρία της γενικής σχετικότητας, σύμφωνα με την οποία, η γεωμετρία δεν είναι απλά μαθηματικά: είναι επίσης και φυσική. Ο τρισδιάστατος χώρος μας μπορεί να είναι καμπύλος – ακόμα κι αν δεν υπάρχει καμιά κρυφή τέταρτη διάσταση μέσα στην οποία να μπορεί να καμπυλωθεί. Οι εξισώσεις του Einstein δείχνουν ότι όσο περισσότερη ύλη περιέχει ο χώρος τόσο πιο καμπύλος γίνεται. Εξαιτίας αυτής της καμπυλότητας του χώρου, τα αντικείμενα δεν κινούνται ευθύγραμμα αλλά διαγράφουν τροχιά που εκτρέπεται προς τα αντικείμενα μεγάλης μάζας – και η βαρύτητα εμφανίζεται ως εκδήλωση της γεωμετρίας.

Oι εξισώσεις Einstein προβλέπουν την εξέλιξη του παράγοντα κλίμακος (scale factor) R(t). Ο παράγοντας κλίμακος περιγράφει την χρονική εξάρτηση κάθε τυπικού μήκους, όπως για παράδειγμα την απόσταση μεταξύ δυο γαλαξιών, και ικανοποιεί την εξίσωση:

όπου G η σταθερά της παγκόσμιας έλξης και ρ(t) η ενεργειακή πυκνότητα του σύμπαντος. Ο γεωμετρικός παράγοντας k παίρνει τις τιμές k=0, -1 και +1, που καθορίζουν την γεωμετρία και την εξέλιξη του σύμπαντος.

Η τιμή k=0 αντιστοιχεί στην μετρική του επίπεδου ευκλείδειου χώρου, η οποία περιγράφει το ανοικτό επίπεδο σύμπαν. Η τιμή k=-1 αντιστοιχεί στη γεωμετρία υπερβολοειδούς και περιγράφει επίσης ανοιχτό σύμπαν.

Η τιμή k=+1 αντιστοιχεί στην γεωμετρία τρισδιάστατης σφαίρας και περιγράφει το κλειστό σύμπαν.

Ο παράγοντας k που καθορίζει την τοπολογία του σύμπαντος συνδέεται με την κρίσιμη πυκνότητα του σύμπαντος και η ανάλογα με τις τιμές του γεωμετρικού παράγοντα k=+1, -1, 0, προκύπτουν οι τρεις πιθανές περιπτώσεις εξέλιξης του σύμπαντος:

(α) το σύμπαν θα σταματήσει να διαστέλλεται και θα αρχίσει η συστολή του.

(β) το σύμπαν θα διαστέλλεται συνεχώς με πεπερασμένο ρυθμό διαστολής.

(γ) το σύμπαν θα συνεχίσει να διαστέλλεται επ’ άπειρο, αλλά ο ρυθμός διαστολής του θα τείνει στο μηδέν.

Η πρώτη περίπτωση αντιστοιχεί στο κλειστό σύμπαν και οι άλλες δυο σε ανοικτό σύμπαν.

Άρα, το ερώτημα σχετικά με το είδος του χώρου στον οποίο ενοικούμε δεν μπορεί να διευθετηθεί μόνο μέσα από την καθαρή λογική, όπως ήλπιζαν οι λάτρεις του Ευκλείδη. Μπορεί να απαντηθεί μόνο αν καταφύγουμε σε μετρήσεις, π.χ. κατασκευάζοντας ένα τεράστιο τρίγωνο στον χώρο (του οποίου οι πλευρές είναι, ας πούμε, φωτεινές δέσμες) και αθροίζοντας τις τρεις γωνίες του ή όπως θα δούμε παρακάτω αναλύοντας τα δεδομένα της κοσμικής μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου. Η απάντηση που δίνουν οι κοσμολόγοι είναι περίπου ίση με 180 μοίρες για τρίγωνα που έχουν μέγεθος ίσο με το σύμπαν, αλλά σημαντικά μεγαλύτερη των 180 μοιρών, αν ένας αστέρας νετρονίων ή μια μαύρη τρύπα καταλαμβάνει μεγάλο μέρος του τριγώνου, άρα το σχήμα του φυσικού μας  χώρου είναι πιο πολύπλοκο από τα τρία ενδεχόμενα που φαίνονται στην παραπάνω εικόνα.

Is the universe a sphere? A new study suggests the cosmos may be curved in upon itself like a ball—but many experts remain unconvinced. HENNING DALHOFF/SCIENCE PHOTO LIBRARY

Οι ερευνητές Di Valentino, Melchiorri και Silk δημοσίευσαν μια εργασία στο περιοδικό Nature Astronomy στην οποία η ανάλυση των δεδομένων τους οδηγεί στο μοντέλο του κλειστού σύμπαντος. To μοντέλο αυτό δεν συμβαδίζει με τις μέχρι σήμερα αποδεκτές θεωρίες που περιγράφουν το σύμπαν.

Οι ερευνητές επανεξέτασαν ένα μεγάλο σύνολο κοσμολογικών δεδομένων καταλήγοντας στο συμπέρασμα αυτό με μια βεβαιότητα 99% , παρά το γεγονός ότι άλλα δεδομένα δείχνουν πως το σύμπαν είναι επίπεδο. Εκτιμούν πως η πυκνότητα του σύμπαντος είναι 5% μεγαλύτερη από την κρίσιμη πυκνότητα, που σημαίνει περίπου έξι άτομα υδρογόνου ανά κυβικό μέτρο, αντί για 5,7 που θεωρούνται τώρα, έτσι ώστε η βαρύτητα να επικρατεί ευνοώντας το μοντέλο του κλειστού σύμπαντος.

The cosmic microwave background as seen by the European Space Agency’s Planck satellite. Credit: ESA and the Planck Collaboration

Οι Di Valentino, Melchiorri και Silk ανέλυσαν τα δεδομένα της κοσμικής μικροκυματικής ακτινοβολία υποβάθρου, από το διαστημικό τηλεσκόπιο Planck. Αυτή η ακτινοβολία που απέμεινε από την εποχή της Μεγάλης Έκρηξης, μπορεί να αποκαλύψει μεταξύ άλλων και την πυκνότητα του σύμπαντος. Πώς; Εξετάζοντας το πόσο τα φωτόνια αυτής της αρχέγονης ακτινοβολίας εκτρέπονται βαρυτικά διασχίζοντας το σύμπαν τα τελευταία 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια.

This illustration shows how photons in the Cosmic Microwave Background (CMB) are deflected by the gravitational lensing effect of massive cosmic structures as they travel across the Universe. Using data from ESA's Planck satellite, cosmologists have been able to measure this gravitational lensing of the CMB over the whole sky for the first time. The CMB consists of the most ancient photons in the history of the Universe, which were emitted only 380,000 years after the Big Bang. Since then, CMB photons have travelled for over 13 billion years across the Universe, witnessing the dramatic changes that took place during the various cosmic epochs such as the formation of stars, galaxies and galaxy clusters. Copyright: ESA and the Planck Collaboration

Όση περισσότερη ύλη περιέχει το σύμπαν, όλο και περισσότερο εκτρέπονται στο ταξίδι τους προς τη Γη. Έτσι, η κατεύθυνσή τους δεν αντιστοιχεί στο αρχικό τους σημείο στο πρώιμο σύμπαν. Αυτό το φαινόμενο «βαρυτικού φακού» (gravitational lensing) που στρεβλώνει την εικόνα της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου, εκφράζεται από την παράμετρο Αlens που μέτρησαν οι Melchiorri et al, καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι το σύμπαν μας είναι κλειστό.

Λείπει κάτι από το κοσμολογικό μοντέλο ΛCDM;

Modern cosmology is rooted in the early observations of an expanding universe (Hubble 1929) and the nearly uniform 3K cosmic microwave backround (CMB) radiation thought to result as a consequence of the Big Bang (Penzias & Wilson 1965). Truly data-driven cosmology is a relatively recent luxury, made possible within the last 2-3 decades by observational advances. As observations have accumulated to help refine or reject theoretical predictions, a consensus or "standard" 6-parameter Cosmological-constant (Lambda - Λ) Cold Dark Matter (CDM) model has been successfully applied to the interpretation of a range of cosmologically-oriented observations. The content presented here is designed to give basic background for understanding ΛCDM, and to summarize our current knowledge of selected ΛCDM parameters which characterize our cosmological understanding of the universe, as interpreted through this model. Image Credit: Adaptation of original NASA WMAP Science Team image

Το κοσμολογικό πρότυπο που είναι αποδεκτό σήμερα είναι γνωστό ως ΛCDM. Το όνομα προκύπτει από το ελληνικό γράμμα Λ, το σύμβολο της κοσμολογικής σταθεράς που ξαναμπήκε στο παιχνίδι για να περιγράψει την σκοτεινή ενέργεια, και την ψυχρή σκοτεινή ύλη – Cold Dark Matter. Το ΛCDM με μόνο έξι παραμέτρους περιγράφει με ακρίβεια όλα (σχεδόν) τα χαρακτηριστικά του σύμπαντος. Και το ΛCDM δεν προβλέπει καμπυλότητα. Μας λέει ότι το σύμπαν είναι επίπεδο. H νέα δημοσίευση υποστηρίζει πως ίσως χρειαστεί να προσθέσουμε και μια έβδομη παράμετρο που να περιγράφει την καμπυλότητα του σύμπαντος. Για τις μετρήσεις του gravitational lensing η προσθήκη ενός έβδομου αριθμού βελτιώνει την προσαρμογή της θεωρίας με τα πειραματικά δεδομένα.

Distortion of the Cosmic Microwave Background due to gravitational lensing. Credit: ESA and the Planck Collaboration

Όμως, η ομάδα των επιστημόνων του διαστημικού τηλεσκοπίου Planck, είχε καταλήξει σε διαφορετικά συμπεράσματα στην ανάλυσή της που δημοσιεύθηκε το 2018. Ο Antony Lewis, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο του Sussex και μέλος της ομάδας Planck, που συμμετείχε σ’ αυτή την ανάλυση, δήλωσε ότι η απλούστερη εξήγηση για το συμπέρασμα των Valentino, Melchiorri και Silk περί κλειστού σύμπαντος είναι ότι «απλά πρόκειται για ένα στατιστικό σφάλμα». Άλλοι κοσμολόγοι υποστηρίζουν ότι πριν πάρουμε σοβαρά μια ανωμαλία για να προσθέσουμε μια έβδομη παράμετρο στη θεωρία, πρέπει να λάβουμε υπόψιν όλα τα άλλα πράγματα για τα οποία η ΛCDM έχει δίκιο. Σίγουρα, μπορούμε να επικεντρωθούμε σ’ αυτή την μία ανωμαλία – που έχει πιθανότητα να αληθεύει με την ίδια πιθανότητα που η ρίψη ενός νομίσματος δίνει διαδοχικά 11 κορώνες – και να πούμε ότι το σύμπαν είναι κλειστό. Αλλά η μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου είναι ένα τεράστιο σύνολο δεδομένων που στατιστικά μοιάζει με το ρίχνεις ένα νόμισμα εκατοντάδες ή χιλιάδες φορές. Δεν είναι πολύ δύσκολο να φανταστεί κανείς ότι εκεί θα συναντήσουμε μια τυχαία σειρά 11 κορωνών. Οι φυσικοί το αναφέρουν αυτό ως φαινόμενο «κοιτάξτε αλλού».

Οι Di Valentino et al πιστεύουν ότι το σημαντικό εδώ δεν είναι αν το σύμπαν είναι ή όχι κλειστό. Το πρόβλημα είναι η ασυνέπεια μεταξύ των δεδομένων. Αυτό δείχνει ότι δεν υπάρχει προς το παρόν κανένα συμβιβαστικό μοντέλο και ότι μας λείπει κάτι. Με άλλα λόγια, το μοντέλο ΛCDM είναι λανθασμένο ή ελλιπές.

Ο κοσμολόγος Andrei Linde, ένας από τους πρωτεργάτες του πληθωριστικού σύμπαντος, υπενθυμίζει την πρόσφατη εργασία “A Detailed Description of the CamSpec Likelihood Pipeline and a Reanalysis of the Planck High Frequency Maps” των Γιώργου Ευσταθίου και Steven Gratton. Στην εργασία αυτή εξετάζεται ένα μικρότερο σύνολο δεδομένων του τηλεσκοπίου Planck. Η ανάλυσή τους υποστηρίζει επίσης ένα κλειστό σύμπαν, αλλά με πολύ μικρότερη στατιστική ακρίβεια σε σχέση με την εργασία των Di Valentino, Melchiorri και Silk που εξέτασαν ένα μεγαλύτερο σύνολο δεδομένων του Planck. Oι Ευσταθίου και Gratton εξετάζοντας τα δεδομένα τους μαζί με δυο άλλα προϋπάρχοντα σύνολα δεδομένων από το πρώιμο σύμπαν διαπίστωσαν ότι συνολικά προκύπτει ένα επίπεδο σύμπαν. Ο Ευσταθίου ανέφερε ότι αν δεχθούμε ότι το σύμπαν είναι καμπύλο θα προέκυπταν πολλά προβλήματα – αντιφάσεις με άλλα πειραματικά δεδομένα και ασυμφωνίες με τον παρατηρούμενο ρυθμό διαστολής του σύμπαντος. Σ΄αυτό συμφωνεί και ο Melchiorri. Ότι δηλαδή το μοντέλο του κλειστού σύμπαντος θα προκαλούσε μια σειρά προβλημάτων στην φυσική. Το σίγουρο είναι πως υπάρχει μια ασυμφωνία και πρέπει να είμαστε προσεκτικοί για να βρούμε αυτό που προκαλεί αυτή την ασυμφωνία.

Όλα τα παραπάνω δείχνουν πως πράγματι απαιτείται μια «δραστική επανεξέταση» των δεδομένων, αλλά μας υπενθυμίζουν επίσης ότι σήμερα η κοσμολογία δεν είναι πλέον αυθαίρετες εικασίες, αλλά μια επιστήμη ακριβείας και εργαλείο αναζήτησης νέας φυσικής.

Πηγές: https://www.nature.com/articles/s41550-019-0906-9 - https://www.quantamagazine.org/what-shape-is-the-universe-closed-or-flat-20191104/ - Is the Universe a Giant Loop? -  Max Tegmark, «Το Μαθηματικό Σύμπαν μας» - https://physicsgg.me/2019/11/10/