Ακολουθήστε την «ΑΥΓΗ»
Ο επιλεγμένος κατάλογος δεν υπάρχει πλέον.

Αναζητώντας τη χαμένη βαρυονική ύλη με τη βοήθεια των ταχέων ραδιοεκλάμψεων

Το Σύμπαν είναι ένα τεράστιο και σκοτεινό μέρος. Παρά την ποικιλία αστεριών, νεφελωμάτων και γαλαξιών που βλέπουμε, το πιο εντυπωσιακό του χαρακτηριστικό είναι όλα αυτά που δεν μπορούμε να δούμε. Σήμερα, με τα διαφόρων ειδών τηλεσκόπια και εξειδικευμένα όργανα που έχουμε σε Γη και Διάστημα, μπορούμε να εντοπίσουμε ένα πολύ μικρό ποσοστό του Σύμπαντος, ενώ το συντριπτικά μεγαλύτερο μέρος του αποτελείται από τις «μυστηριώδεις» σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια

Η σκοτεινή και η «χαμένη» βαρυονική ύλη

Το Σύμπαν είναι ένα τεράστιο και σκοτεινό μέρος. Παρά την ποικιλία αστεριών, νεφελωμάτων και γαλαξιών που βλέπουμε, το πιο εντυπωσιακό του χαρακτηριστικό είναι όλα αυτά που δεν μπορούμε να δούμε. Σήμερα, με τα διαφόρων ειδών τηλεσκόπια και εξειδικευμένα όργανα που έχουμε σε Γη και Διάστημα, μπορούμε να εντοπίσουμε ένα πολύ μικρό ποσοστό του Σύμπαντος, ενώ το συντριπτικά μεγαλύτερο μέρος του αποτελείται από τις «μυστηριώδεις» σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια.

Οι πρώτες ενδείξεις γι’ αυτό το γεγονός εμφανίστηκαν στις αρχές του περασμένου αιώνα, όταν ξεκίνησαν να διευρύνονται τα όρια του γνωστού μας κόσμου. Τότε, με τα εντατικά προγράμματα παρατήρησης μεγάλων αστεροσκοπείων σε ΗΠΑ και Ευρώπη και με την κατασκευή ολοένα μεγαλύτερων τηλεσκοπίων ακόμα και στο νότιο ημισφαίριο, είχαν συσσωρευτεί και συνεχώς συγκεντρώνονταν μεγάλος αριθμός παρατηρήσεων του νυχτερινού ουρανού, με ολοένα αμυδρότερα και μακρινότερα αντικείμενα. Ήταν η εποχή που διαπιστώναμε ότι τα διαφόρων σχημάτων «νεφελώματα» που παρατηρούνταν αποτελούσαν γαλαξίες σαν τον δικό μας, με δισεκατομμύρια άστρα το καθένα και σε τεράστιες αποστάσεις. Από συστηματικές παρατηρήσεις αυτών των γαλαξιών, ο Αμερικανός αστρονόμος Hubble συμπέρανε το 1929 ότι οι γαλαξίες απομακρύνονται με ταχύτητα ανάλογη της απόστασης στην οποία βρίσκονται, επιβεβαιώνοντας τη θεωρητική δουλειά του Lemaitre, που είχε προηγηθεί το 1927, για ένα διαστελλόμενο Σύμπαν.

Η μελέτη των γαλαξιών όμως έκρυβε περισσότερες εκπλήξεις. Το 1933 ο Ελβετός αστρονόμος Fritz Zwicky από το Caltech διαπίστωσε, χρησιμοποιώντας παρατηρήσεις του σμήνους γαλαξιών της Κόμης, ότι οι γαλαξίες κινούνται με μεγαλύτερη ταχύτητα από ό,τι επιτρέπει η μάζα τους. Επομένως, οι περιστροφικές κινήσεις τους απαιτούσαν την ύπαρξη μάζας μεγαλύτερης από την ορατή μάζα των γαλαξιών. Ο Zwicky ονόμασε αυτή την ελλείπουσα μάζα dunkle materie, δηλαδή σκοτεινή ύλη. Τέσσερις δεκαετίες μετά, μελέτες της περιστροφής των γαλαξιών από τη Vera Rubin έδειξαν επίσης ότι τα άστρα που βρίσκονται στις σπείρες μακριά από το κέντρο του γαλαξία κινούνται τόσο γρήγορα που οι τροχιές τους δεν θα έπρεπε να είναι ευσταθείς, εκτός αν υπάρχει μέσα στους γαλαξίες ένα σημαντικό ποσό σκοτεινής ύλης.

Τα αποτελέσματα αυτά παρατηρήθηκαν σε όλους τους γαλαξίες ανεξαιρέτως. Σήμερα η ύπαρξη της σκοτεινής ύλης θεωρείται δεδομένη από τους φυσικούς και τους αστροφυσικούς και είναι απαραίτητη παράμετρος στα φυσικά μοντέλα που περιγράφουν τη δημιουργία και την εξέλιξη των γαλαξιών. Επίσης, η σκοτεινή ύλη είναι απαραίτητη και στο καθιερωμένο κοσμολογικό μοντέλο προκειμένου να εξηγηθούν οι χωρικές διακυμάνσεις που παρατηρούνται στην ακτινοβολία μικροκυμάτων υποβάθρου (που αποτελεί τον απόηχο της Μεγάλης Έκρηξης).

Ωστόσο, οι εκπλήξεις δεν περιορίζονται μόνο στην ύπαρξη της σκοτεινής ύλης και ενέργειας αλλά και στην ίδια την «παρατηρήσιμη» ή βαρυονική ύλη. Με τον γενικό αυτό όρο χαρακτηρίζουμε τη «συνήθη» ύλη, η οποία αποτελείται από νετρόνια και πρωτόνια. Για παράδειγμα, τα άτομα από τα οποία αποτελούνται όλα τα αντικείμενα γύρω μας εντάσσονται στη βαρυονική ύλη. Το ίδιο ισχύει και για όλα τα παρατηρήσιμα αντικείμενα του Σύμπαντος, όπως αστέρια, νεφελώματα, γαλαξίες, μεσοαστρικά νέφη κ.λπ. Αν και έχει εκτιμηθεί από θεωρητικές μελέτες ότι το 5% του Σύμπαντος αποτελείται από βαρυονική ύλη, αν αθροίσουμε όλα τα «ορατά» αντικείμενα, βρίσκουμε μόλις περίπου το ένα τέταρτο αυτής. Το υπόλοιπο, πιστεύεται ότι βρίσκεται υπό τη μορφή ενός διάχυτου αερίου μεταξύ των γαλαξιών. Η ύπαρξη του υλικού αυτού, με το όνομα WHIM (Warm-Hot Intergalactic Medium), έχει προταθεί με βάση πειράματα προσομοίωσης, αλλά η παρατήρησή του παραμένει ακόμη πρόκληση, προεκτείνοντας το μυστήριο της «χαμένης» βαρυονικής ύλης.

Ταχείες ραδιοεκλάμψεις: Μια τυχαία ανακάλυψη και ένα πολύτιμο εργαλείο

Οι ταχείες εκλάμψεις ραδιοκυμάτων ή ραδιοεκλάμψεις (FRB, Fast Radio Bursts) είναι πολύ σύντομες και πολύ ισχυρές εκπομπές ραδιοκυμάτων αστρονομικής προέλευσης. Η πρώτη καταγραφή ενός τέτοιου φαινομένου έγινε το 2007 από ερευνητές από τις ΗΠΑ και την Αυστραλία και φέρει το όνομα «Lorimer Burst», από το όνομα του ερευνητή που ηγήθηκε της μελέτης. Η ομάδα μελετούσε παρατηρήσεις επισκόπησης (που απεικόνιζαν δηλαδή μεγάλα τμήματα του ουρανού), οι οποίες είχαν ληφθεί το 2001 από το ραδιοτηλεσκόπιο του Parkes Observatory, στην Αυστραλία, με στόχο την καταγραφή πάλσαρς (αστέρων νετρονίων που εκπέμπουν στα ραδιοκύματα). Σ’ αυτές εντοπίστηκε μια απότομη αύξηση εκπομπής ραδιοκυμάτων με διάρκεια μικρότερη από πέντε χιλιοστά του δευτερολέπτου και ένταση μερικές χιλιάδες φορές μεγαλύτερη από την τυπική εκπομπή ραδιοκυμάτων από έναν γαλαξία. Οι επιστήμονες συμπέραναν ότι επρόκειτο για πραγματικό σήμα και όχι αποτέλεσμα κάποιας διεργασίας στη Γη, διότι το γεγονός δεν επαναλήφθηκε μέσα στις περίπου ενενήντα ώρες παρατηρήσεων που ακολούθησαν. Τα χαρακτηριστικά της έκλαμψης υποδείκνυαν ότι η πηγή της ακτινοβολίας βρισκόταν έξω από τον γαλαξία μας και μακρύτερα από το γειτονικό μικρό νέφος του Μαγγελάνου.

Από τότε έχουν ανακαλυφθεί μερικές δεκάδες τέτοια γεγονότα και έχουν μελετηθεί πολλά από τα χαρακτηριστικά τους, ωστόσο η επιστημονική κοινότητα δεν έχει ακόμα καταλήξει σε μια κοινά αποδεκτή θεωρία για τον μηχανισμό που τα προκαλεί. Η μικρή τους διάρκεια υποδεικνύει ότι οι πηγές τους έχουν μέγεθος της τάξης των μερικών χιλιομέτρων, ενώ το γεγονός ότι πιθανότατα βρίσκονται σε τεράστιες αποστάσεις σημαίνει ότι οι διαδικασίες που παράγουν τις ραδιοεκλάμψεις είναι πολύ δραματικές και κατά τη διάρκειά τους εκπέμπονται τεράστια ποσά ενέργειας. Μπορεί να οφείλονται στο υλικό που περιστρέφεται γύρω από τις τεράστιες μαύρες τρύπες που βρίσκονται στο κέντρο ενεργών γαλαξιών, στην αλληλεπίδραση ταχέως περιστρεφόμενων αστέρων νετρονίων με το περιβάλλον τους, στη συγχώνευση μαζικών αστεριών ή υπολειμμάτων (μελανές οπές, πάλσαρς), σε εκρήξεις υπερκαινοφανών (σουπερνόβα) κ.ά.

Δεδομένου ότι πρόκειται για ένα φαινόμενο που ανακαλύφθηκε σχετικά πρόσφατα, απαιτούνται συντονισμένες παρατηρήσεις οι οποίες να περιλαμβάνουν όχι μόνο ραδιοτηλεσκόπια αλλά και μεγάλα οπτικά τηλεσκόπια, ώστε να εντοπιστούν οι γαλαξίες στους οποίους βρίσκονται οι πηγές των ραδιοεκλάμψεων και να καταγραφεί η συστηματική τους συμπεριφορά. Επομένως, η μελέτη τους βασίζεται πολύ στην εξέλιξη των οργάνων παρατήρησης.

Η μελέτη των ραδιοεκλάμψεων όμως δεν βελτιώνει απλώς τη γνώση μας για τις ιδιαίτερα ενεργητικές διεργασίες που συμβαίνουν στο Σύμπαν, αλλά μπορεί να προσφέρει ακόμη ένα εργαλείο μελέτης του ίδιου του Σύμπαντος με το οποίο θα μπορούμε, π.χ., να μετράμε αποστάσεις, μαγνητικά πεδία ή την κατανομή της ύλης (σκοτεινής και βαρυονικής). Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό τους, χρήσιμο προς αυτή την κατεύθυνση, είναι η διασπορά τους. Παρά τη μικρή τους διάρκεια, οι ραδιοεκλάμψεις αποτελούνται από ένα σύνολο συχνοτήτων που δεν φτάνουν στον παρατηρητή ταυτόχρονα, αλλά με μια μικρή χρονική διαφορά. Η διαφορά αυτή οφείλεται στην αλληλεπίδραση του παλμού των ραδιοκυμάτων με την ύλη που συναντά μέχρι αυτός να φτάσει στη Γη, με τις μικρότερες συχνότητες που περιέχει ο παλμός να «καθυστερούν» λίγο περισσότερο από ό,τι οι μεγαλύτερες.

Ραδιοεκλάμψεις και βαρυονική ύλη

Δεδομένου ότι οι ραδιοεκλάμψεις οφείλονται σε γεγονότα που συμβαίνουν σε μακρινούς γαλαξίες, οι ραδιοπαλμοί τους διασχίζουν τεράστιες αποστάσεις. Περνούν μέσα από το διάχυτο μεσογαλαξιακό αέριο, την άλω του γαλαξία μας και το μεσοαστρικό αέριο, προτού φτάσουν στους ανιχνευτές μας. Επομένως, υπό κατάλληλες υποθέσεις, η διασπορά των ραδιοεκλάμψεων μπορεί να μας δώσει στοιχεία για τη βαρυονική ύλη που μένει κρυμμένη στο αραιό μεσογαλαξιακό αέριο. Μέχρι στιγμής, όμως, υπήρχε ένα σημαντικό εμπόδιο, ο εντοπισμός της πηγής των ραδιοεκλάμψεων. Όπως ήδη αναφέραμε, αυτός απαιτεί συντονισμένες παρατηρήσεις και από άλλα μεγάλα τηλεσκόπια.

Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής ερευνητές από την Αυστραλία κατάφερε να κάνει ακριβώς αυτό συγκεντρώνοντας ένα δείγμα έξι ραδιοεκλάμψεων με ταυτοποιημένη προέλευση. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το μεγαλύτερο μέρος της διασποράς των ραδιοπαλμών αυτών των γεγονότων δεν θα μπορούσε να οφείλεται μόνο στο αέριο του Γαλαξία μας, αλλά αποδίδεται στο μεσογαλαξιακό αέριο και στο αέριο των γαλαξιών από τους οποίους προέρχονται. Μια πιο προσεκτική μελέτη έδειξε ότι αφαιρώντας τις συνεισφορές των υπολοίπων παραγόντων (γνωστών από προηγούμενες μελέτες και εκτιμήσεις) οδηγεί στον προσδιορισμό μιας περιεκτικότητας της τάξης του 5% για τη βαρυονική ύλη του μεσογαλαξιακού αερίου, δηλαδή όση προβλέπουν τα θεωρητικά μοντέλα.

Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό «Nature» στις 27 Μαΐου 2020 και σηματοδοτεί την πρώτη φορά που εντοπίζεται η «χαμένη» βαρυονική ύλη στο μεσογαλαξιακό αέριο δίνοντας μια οριστική απάντηση σε ένα από τα μεγαλύτερα αινίγματα των τελευταίων δεκαετιών. Ταυτόχρονα, άνοιξε μια νέα εποχή μελέτης των ιδιοτήτων της ύλης του Σύμπαντος μέσω παρατηρήσεων των ταχέων ραδιοεκλάμψεων και αναμένεται να πυροδοτήσει νέες μελέτες με μεγαλύτερα δείγματα γεγονότων και μεγαλύτερη ακρίβεια. Ένας άμεσος στόχος των επόμενων μελετών είναι να χαρτογραφήσει την κατανομή του μεσογαλαξιακού αερίου και την περιεκτικότητά του σε βαρυονική ύλη.

Γιάννης Κοντογιάννης

 

Πηγές

https://theconversation.com/half-the-matter-in-the-universe-was-missing-we-found-it-hiding-in-the-cosmos-138569?utm_source=facebook&utm_medium=bylinefacebookbutton&fbclid=IwAR1fkT0lEvoMBYi8S-XRyi8HHUO1HM5W62aMA4QxQs7OlNV95IfJZ9Uo2BM

https://www.sciencemag.org/news/2020/05/mysterious-radio-bursts-reveal-missing-matter-cosmos?utm_campaign=ScienceNow&utm_source=JHubbard&utm_medium=Facebook

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2300-2

Στηρίξτε την έγκυρη και μαχητική ενημέρωση. Στηρίξτε την Αυγή. Μπείτε στο syndromes.avgi.gr και αποκτήστε ηλεκτρονική συνδρομή στο 50% της τιμής.
Δείτε όλα τα σχόλια

Κύριο άρθρο

Προτεραιότητες...

Πού να το φαντάζονταν όσοι έκαναν ολονύχτιες διαπραγματεύσεις στη σύνοδο κορυφής για το ταμείο ανάκαμψης ότι ο Κυριάκος Μητσοτάκης -που σ’ αυτές τις συναντήσεις δεν είχε εμφανιστεί... - σκόπευε να κατευθύνει κάποια εκατομμύρια αυτού του ταμείου στη χρηματοδότηση ιδιωτών...

Δειτε ολοκληρο το αρθρο
Όλες οι Ειδήσεις