Ο Κοσμικός Μεσαίωνας και Εποχή του Επαναϊονισμού

 του Αλέξη Δεληβοριά, Διδάκτορα Φυσικής

Αστρονόμοι ανακάλυψαν ένα γαλαξιακό σμήνος το οποίο είχε ήδη αρχίσει να συγκροτείται μόλις 770 εκατ. χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Το αρχέγονο αυτό «πρωτοσμήνος» αποτελείται από δύο μικρότερες ομάδες γαλαξιών, οι οποίες θα συγχωνευθούν σε μία, ενώ εκτιμάται ότι το σμήνος αυτό θα εξελιχθεί σε έναν Λεβιάθαν με την μάζα 4 τετράκις εκατομμυρίων άστρων σαν τον Ήλιο. Η ανακάλυψη αυτή δημοσιεύθηκε στις 25 Ιανουαρίου 2021 στο επιστημονικό περιοδικό Nature Astronomy. Σύμφωνα με τους συγγραφείς της σχετικής μελέτης, η ανακάλυψη αυτή παρέχει ένα μοναδικό φυσικό εργαστήριο για την διερεύνηση της Εποχής του Επαναϊονισμού, στην διάρκεια της οποίας η υπεριώδης ακτινοβολία των πρώτων άστρων και γαλαξιών ιόνισε το ουδέτερο υδρογόνο που υπήρχε διάχυτο στο Σύμπαν, καθιστώντας το και πάλι διαφανές.

Υπάρχει το πολυσύμπαν;

 

Το σύμπαν γίνεται όλο και θερμότερο

 

To σύμπαν γίνεται θερμότερο, σύμφωνα με νέα έρευνα: Στο πλαίσιο της σχετικής μελέτης, που δημοσιεύτηκε στις 13 Οκτωβρίου στο Astrophysical Journal, εξετάστηκε η θερμική ιστορία του σύμπαντός μας τα τελευταία 10 δισ. χρόνια. Όπως διαπιστώθηκε, η μέση θερμοκρασία του αερίου ανά το σύμπαν αυξήθηκε πάνω από 10 φορές μέσα σε αυτό το χρονικό διάστημα, φτάνοντας σήμερα περίπου στα 20 εκατ. βαθμούς Κελσίου.

«Καθώς το σύμπαν εξελίσσεται, η βαρύτητα τραβά σκοτεινή ύλη και αέρια στο διάστημα μαζί, σε γαλαξίες και συμπλέγματα γαλαξιών» είπε ο Γι-Κουάν Τσιάνγκ, επικεφαλής συντάκτης της έρευνας και ερευνητής στο Center for Cosmology and AstroParticle Physics του Ohio State University. «Η έλξη αυτή είναι τόσο ισχυρή που όλο και περισσότερο αέριο υφίσταται σοκ και θερμαίνεται».

Τα ευρήματα αυτά, είπε ο Τσιάνγκ, δείχνουν στους επιστήμονες πώς να εξετάζουν την πρόοδο του σχηματισμού κοσμικών δομών «ελέγχοντας τη θερμοκρασία» του σύμπαντος.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια νέα μέθοδο η οποία τους επέτρεψε να υπολογίσουν τη θερμοκρασία του αερίου μακρύτερα από τη Γη- κάτι που σημαίνει ακόμα πιο πίσω στον χρόνο- και να τη συγκρίνουν με αέρια πιο κοντά στη Γη και στο παρόν. Τώρα, όπως είπε, οι ερευνητές έχουν επιβεβαιώσει πως το σύμπαν θερμαίνεται στο πέρασμα του χρόνου εξαιτίας της βαρυτικής κατάρρευσης της κοσμικής δομής, και η θέρμανση μάλλον θα συνεχιστεί.

Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν δεδομένα για το φως ανά το διάστημα που είχαν συλλεγεί από τα προγράμματα Planck και Sloan Digital Sky Survey. Συνδυάζοντας δεδομένα από τις δύο αποστολές εκτίμησαν τις αποστάσεις των θερμών αερίων κοντά και μακριά μετρώντας το «redshift» (μετατόπιση προς το ερυθρό) - μια έννοια που οι αστροφυσικοί χρησιμοποιούν για να υπολογίζουν την κοσμική ηλικία στην οποία παρατηρούνται τα μακρινά αντικείμενα. Η έννοια του redshift λειτουργεί επειδή το φως που βλέπουμε από αντικείμενα μακριά από τη Γη είναι παλαιότερο από το φως που βλέπουμε από αντικείμενα πιο κοντά στη Γη- το φως από μακρινά αντικείμενα έχει ταξιδέψει πολύ για να φτάσει σε εμάς. Αυτό, μαζί με μια μέθοδο για τον υπολογισμό της θερμοκρασίας από το φως, επέτρεψε στους ερευνητές να μετρήσουν τη μέση θερμοκρασία των αερίων στο πρώιμο σύμπαν (αέρια γύρω από πολύ μακρινά αντικείμενα) και να τη συγκρίνουν με αυτήν των αερίων πιο κοντά στη Γη, σήμερα. Όπως διαπιστώθηκε, τα αέρια στο σύμπαν σήμερα φτάνουν σε θερμοκρασίες περίπου 2 εκατ. βαθμών Κελσίου, γύρω από αντικείμενα πιο κοντά στη Γη. Αυτή είναι περίπου 10 φορές η θερμοκρασία των αερίων γύρω από αντικείμενα πιο μακριά και πιο «πίσω στον χρόνο».

Το σύμπαν, όπως υπογράμμισε ο Τσιάνγκ, θερμαίνεται λόγω της φυσικής διαδικασίας του σχηματισμού δομών και γαλαξιών, και δε σχετίζεται με την αύξηση της θερμοκρασίας στη Γη.

πηγή: https://www.naftemporiki.gr/story/1657562/ereuna-to-sumpan-ginetai-olo-kai-thermotero - https://news.osu.edu/the-universe-is-getting-hot-hot-hot-a-new-study-suggests/

Η υπόθεση της προσομοίωσης

 Ζούμε σε μια προσομοίωση; Είναι το Σύμπαν μια ψηφιακή ψευδαίσθηση; Στο επεισόδιο αυτό ταξιδεύουμε στον χώρο μεταξύ επιστήμης, επιστημονικής φαντασίας και φιλοσοφίας και γνωρίζουμε την υπόθεση της προσομοίωσης του Nick Bostrom.

https://youtu.be/UgEckovDEj4

Το πρώτο μικροδευτερόλεπτο

Άρθρο του Διονύση Π. Σιμόπουλου, Επίτιμου Διευθυντή Νέου Ψηφιακού Πλανηταρίου, Ιδρύματος Ευγενίδου - https://www.eef.edu.gr/el/arthra/to-proto-mikrodeyterolepto/

Στα έγκατα της Γης, οι ερευνητές του αμερικανικού εργαστηρίου σωματιδιακής φυσικής του Μπρουκχέβεν της Νέας Υόρκης, πριν από μερικά χρόνια πέτυχαν να δημιουργήσουν στιγμιαία την θερμοκρασία που επικρατούσε στη διάρκεια των πρώτων μικροδευτερολέπτων της γέννησης του Σύμπαντος. Η μελέτη των δεδομένων του πειράματος μάς αποκάλυψε ότι κάτι λείπει από τα μοντέλα που έχουμε διαμορφώσει για την εξέλιξη του Σύμπαντος και για τα στοιχειώδη σωματίδια και τις αλληλεπιδράσεις τους και ότι κάτι πολύ σημαντικό μας διαφεύγει στην προσπάθειά μας να συμπληρώσουμε τα κενά που έχουμε.

Το πείραμα που έγινε τότε αφορούσε την μελέτη της ισχυρής πυρηνικής δύναμης, μιας από τις τέσσερις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις της φύσης, στις οποίες περιλαμβάνονται επίσης η βαρύτητα, η ηλεκτρομαγνητική δύναμη και η ασθενής πυρηνική δύναμη. Η θερμοκρασία που επετεύχθη ήταν δεκάδες χιλιάδες φορές μεγαλύτερη από την θερμοκρασία που επικρατεί στο εσωτερικό των θερμότερων άστρων στο Σύμπαν. Στην θερμοκρασία αυτή οι ατομικοί πυρήνες διασπώνται σε τέτοιο μεγάλο βαθμό ώστε να δημιουργείται μια «σούπα» των πιο βασικών υποατομικών σωματιδίων που ονομάζεται «πλάσμα κουάρκ-γλοιονίων». Η συμπεριφορά της «σούπας» αυτής μας αποκαλύπτει τον τρόπο με τον οποίο συμπεριφέρθηκε η ισχυρή πυρηνική δύναμη στην αρχέγονη εκείνη εποχή πριν από σχεδόν 14 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν το Σύμπαν γεννήθηκε με μια «Μεγάλη Έκρηξη».

Φυσικά με τον όρο «Μεγάλη Έκρηξη» μην φανταστείτε κάτι σαν την έκρηξη ενός δυνατού βαρελότου! Η «Μεγάλη Έκρηξη» των κοσμολόγων δεν έχει καμιά σχέση με τις εκρήξεις που γνωρίζει ο καθένας από μας, είτε είναι βαρελότα είτε βόμβες υδρογόνου. Με τον όρο αυτό οι σύγχρονοι επιστήμονες εννοούν μια «απείρως» γρήγορη και απότομη διαστολή του Σύμπαντος από ένα μέγεθος «απείρως» μικρό και κάτω από συνθήκες θερμότητας τεραστίων διαστάσεων. Η γέννηση δηλαδή και η μετέπειτα εξέλιξη του Σύμπαντος είναι κατά κάποιον τρόπο το «ξεδίπλωμα» του χρόνου και του χώρου από μια κατάσταση «άπειρης» πυκνότητας και θερμότητας, σε έναν χώρο ο οποίος δημιουργείται καθώς το Σύμπαν διαστέλλεται.

Δεν πρέπει να ξεχνάτε επίσης ότι όταν μιλάμε σήμερα για τις απόψεις των σύγχρονων φυσικών σχετικά με τη δομή της ύλης και την γέννηση του Σύμπαντος αναφερόμαστε σε μοντέλα που περιέχουν απλουστευμένες μαθηματικές περιγραφές της δομής αυτής και ως εκ τούτου δεν αποτελούν μια τέλεια απεικόνισή του αλλά μια χονδροειδή περιγραφή του. Παρ’ όλα αυτά τα σύγχρονα αυτά μοντέλα έχουν την ικανότητα να προβλέπουν ορισμένες ιδιότητες της ύλης και του Σύμπαντος που μπορούν να επαληθευτούν ή όχι από τις αστρονομικές παρατηρήσεις και τα πειράματά μας.

Γιατί, όσο κι αν φαίνεται παράξενο, οι δυνατότητες που έχουν οι τεράστιοι σύγχρονοι ατομικοί επιταχυντές των πυρηνικών φυσικών και η ευκρίνεια με την οποία μπορούμε να παρατηρήσουμε με τα τηλεσκόπιά μας γεγονότα στο Σύμπαν που απέχουν μεταξύ τους δισεκατομμύρια έτη φωτός, μάς έχουν δώσει τα εφόδια εκείνα με τα οποία μπορούμε να μελετήσουμε και να διευρύνουμε ακόμη πιο πολύ τις γνώσεις μας για και τις λεπτομέρειες των πρώτων στιγμών που ακολούθησαν την «εμφάνιση» του Σύμπαντος.

Πως να προσομοιώσετε το Σύμπαν στο λάπτοπ σας

Bίντεο: πως δημιουργείται ένας γαλαξίας

Μια εντυπωσιακή προσομοίωση σε υπολογιστή


Στο βίντεο που ακολουθεί περιγράφεται ο σχηματισμός ενός γαλαξία. Με πράσινο χρώμα απεικονίζεται (κυρίως) το αέριο υδρογόνο και ο χρόνος (κάτω δεξιά) – ξεκινώντας μετά την Μεγάλη Έκρηξη - εκφράζεται σε δισεκατομμύρια χρόνια. Η σκοτεινή ύλη είναι παρούσα αλλά δεν φαίνεται.
Καθώς η προσομοίωση αρχίζει το αέριο υδρογόνο έλκεται και συσσωρεύεται σε περιοχές στις οποίες η βαρύτητα είναι μεγαλύτερη. Σύντομα πολλοί πρωτο-γαλαξίες σχηματίζονται, περιστρέφονται και αρχίζουν να συγχωνεύονται.
Μετά από τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια δημιουργείται ένα σαφώς καθορισμένο κέντρο που κυριαρχεί σε μια περιοχή με διάμετρο 100000 έτη φωτός και αρχίζει να μοιάζει με δίσκο γαλαξία. Ωστόσο, μετά από μερικά δισεκατομμύρια χρόνια αυτός ο «πρώιμος» γαλαξίας συγκρούεται με έναν άλλο γαλαξία και καθώς φτάνουμε στο μισό της σημερινής ηλικίας του σύμπαντος αναπτύσσεται ένας μεγαλύτερος δίσκος.
Στη συνέχεια όλες οι μικρότερες συγκεντρώσεις ύλης – μικροί δορυφόροι γαλαξίες – απορροφώνται από τον μεγαλύτερο.
Η προσομοίωση ολοκληρώνεται όταν φθάνουμε στην σημερινή ηλικία του σύμπαντος. 


http://youtu.be/h9za1CP9ImA

Κάπως έτσι σχηματίστηκε και ο γαλαξίας μας, αν και οι συγχωνεύεις με άλλους γαλαξίες δεν τελείωσαν γι αυτόν. Συνεχίζει να καταβροχθίζει μικρούς νάνους γαλαξίες που βρίσκονται στη γειτονιά του (διαβάστε σχετικά: Ο Γαλαξίας μας είναι ακόμη πεινασμένος).
Άλλωστε, αναμένεται μέσα σε λίγα δισεκατομμύρια χρόνια η σύγκρουσή του με τον γειτονικό γαλαξία Ανδρομέδα (διαβάστε σχετικά: Όταν ο Γαλαξίας μας θα συγκρουστεί με τον γαλαξία της Ανδρομέδας).

apod.nasa.gov

To διαστημικό τηλεσκόπιο Ευκλείδης θα εξερευνήσει τη σκοτεινή πλευρά του σύμπαντος

Καλλιτεχνική άποψη του διαστημικού τηλεσκοπίου Ευκλείδης

Η ευρωπαϊκή διαστημική υπηρεσία ESA έδωσε την τελική έγκριση για την κατασκευή του διαστημικού τηλεσκοπίου Euclid (Ευκλείδης), το οποίο θα αναζητήσει απαντήσεις για τα δύο μεγαλύτερα μυστήρια της σύγχρονης κοσμολογίας: τη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια, δύο βασικά αλλά αόρατα συστατικά του Σύμπαντος.

Η έγκριση από την Επιτροπή Επιστημονικού Προγράμματος της ESΑ στο Παρίσι ανοίγει το δρόμο για την προκήρυξη διαγωνισμών για την κατασκευή του οργάνου, των συστημάτων ενέργειας, ελέγχου και τηλεπικοινωνιών της αποστολής, όπως ανακοίνωσε η υπηρεσία την Τετάρτη.

Η εκτόξευση του τηλεσκοπίου των 1,2 μέτρων προγραμματίζεται για το 2020. Το όργανο θα τεθεί σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο.

Σκοτεινό Σύμπαν

Οι αστρονόμοι και οι κοσμολόγοι πιστεύουν σήμερα ότι η ύλη που βλέπουμε στο διάστημα -από τα άστρα μέχρι τα νεφελώματα και τους γαλαξίες- δεν αντιστοιχεί παρά μόνο στο 4% της συνολικής υλοενέργειας του Σύμπαντος (σύμφωνα με τον Αϊνστάιν η μάζα και η ενέργεια είναι ισοδύναμες).

Το 23% του Σύμπαντος αποτελείται από «σκοτεινή ύλη» -μια μυστηριώδη μορφή ύλης που δεν εκπέμπει, δεν διαθλά και δεν ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολίας. Η σκοτεινή ύλη είναι κυριολεκτικά αόρατη και η σύστασή της παραμένει εντελώς άγνωστη, ωστόσο η παρουσία της μπορεί να γίνει αντιληπτή από τη βαρυτική της επίδραση στην κανονική ύλη.

Το υπόλοιπο 73% του Σύμπαντος αντιστοιχεί στην ακόμα πιο μυστηριώδη σκοτεινή ενέργεια. Τα πρώτα στοιχεία για την ύπαρξή της ήρθαν το 1998, όταν οι αστρονόμοι συνειδητοποίησαν ότι η διαστολή του Σύμπαντος επιταχύνεται, αντί να επιβραδύνεται λόγω της βαρυτικής έλξης των ουράνιων σωμάτων. Η πιθανότερη εξήγηση, πιστεύουν οι φυσικοί, είναι ότι στο Σύμπαν υπάρχει μια άγνωστη ως σήμερα δύναμη, η σκοτεινή ενέργεια, η οποία δρα αντίθετα από τη βαρύτητα και αναγκάζει το χωροχρόνο να τεντώνεται με ολοένα αυξανόμενη ταχύτητα.

Το τηλεσκόπιο Euclid θα μελετήσει το σκοτεινό Σύμπαν με μια κάμερα που βλέπει στο ορατό φως κι μια υπέρυθρη κάμερα/φασματόμετρο.

Στόχος της αποστολής είναι να σαρώσει το ένα τρίτο του ουρανού προκειμένου να χαρτογραφήσει σε τρεις διαστάσεις την κατανομή δύο δισεκατομμυρίων γαλαξιών, οι οποίοι απέχουν έως και δέκα δισεκατομμύρια έτη φωτός.

Αυτό σημαίνει ότι το τηλεσκόπιο θα επιτρέψει να μελετηθούν οι αλλαγές στην κατανομή της ύλης τα τελευταία δέκα δισεκατομμύρια χρόνια, δηλαδή τα τρία τέταρτα της ιστορίας του Σύμπαντος. Αυτό, με τη σειρά του, αναμένεται να επιτρέψει στους επιστήμονες να υπολογίσουν πώς η βαρύτητα της κανονικής ύλης και της σκοτεινής ύλης αλληλεπέδρασαν με τη σκοτεινή ενέργεια για να δώσουν στο Σύμπαν τη δομή που βλέπουμε σήμερα.

Η αποστολή Euclid εντάσσεται στο πλαίσιο του προγράμματος Κοσμικού Οράματος (Cosmic Vision) της ESA στο χώρο της Κοσμολογίας. 

Το πρόγραμμα περιλαμβάνει μέχρι στιγμής ακόμα μία αποστολή, το σκάφος Solar Orbiter που θα εκτοξευτεί το 2017 και θα τεθεί σε τροχιά πολύ κοντά στον Ήλιο.

news.in.gr - bbc.co.uk

Η πιθανή σουρεαλιστική γεωμετρία του σύμπαντος

Όταν ο Χόκινγκ συνάντησε τον Εσερ

Μ. Κ. Εσερ, «Το όριο του κύκλου IV»

Στα περίφημα χαρακτικά του Εσερ ίσως κρύβεται η γεωμετρία του... Σύμπαντος

Lisa Grossman  - newscientist.com  από  tovima.gr
Το Σύμπαν ενδέχεται να έχει την ίδια σουρεαλιστική γεωμετρία με τις παράξενες εικόνες του Μ. Κ. Εσερ. Αυτό είναι το συμπέρασμα μιας μελέτης από τον διασημότερο εν ζωή επιστήμονα, τον Στίβεν Χόκινγκ του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ.

Η διαπίστωση ενθουσιάζει ίσως τους λάτρεις του ολλανδού χαράκτη, ο κ. Χόκινγκ όμως και η ομάδα του υποστηρίζουν ότι η μελέτη τους προσφέρει έναν τρόπο ώστε να συμβιβάσουμε τις γεωμετρικές απαιτήσεις της θεωρίας των χορδών – μιας υποθετικής προς το παρόν «θεωρίας των πάντων» – με το Σύμπαν που παρατηρούμε γύρω μας.

Οι υπολογισμοί τους βασίζονται σε έναν μαθηματικό ελιγμό ο οποίος ως τώρα εθεωρείτο αδύνατος. Αν όμως αποδειχθεί ότι ισχύει, ίσως μπορεί να εξηγήσει πώς το Σύμπαν αναδείχθηκε από τη Μεγάλη Εκρηξη και να ενώσει τη θεωρία της βαρύτητας με την κβαντομηχανική.

«Εχουμε έναν νέο δρόμο προς την κατασκευή μοντέλων του κόσμου μας με βάση τη θεωρία των χορδών» λέει ο συνεργάτης του κ. Χόκινγκ Τόμας Χέρτογκ, κοσμολόγος του Ινστιτούτου Θεωρητικής Φυσικής του Καθολικού Πανεπιστημίου του Λέβεν στο Βέλγιο.

Σύμπαν σε υπερβολική ψηφίδωση

Μ. Κ. Εσερ, «Σαύρες και βάτραχοι»

Εκ πρώτης όψεως η ιδέα ότι τα χαρακτικά του Εσερ μπορούν να περιγράψουν τη διάταξη του Σύμπαντος φαίνεται να αντιφάσκει με όσα γνωρίζουμε γι' αυτό.

Τα χαρακτικά στα οποία αναφερόμαστε είναι ψηφιδώσεις, εικόνες από επαναλαμβανόμενα σχήματα, όπως η αλληλοδιαδοχή αγγέλων και νυχτερίδων που βλέπουμε στο «Οριο του κύκλου IV». Αν και τα σχήματα αυτά είναι επίπεδα, χρησιμεύουν ως «προβολές» μιας διαφορετικής γεωμετρίας, της λεγόμενης υπερβολικής γεωμετρίας – περίπου όπως ένας επίπεδος χάρτης αποτελεί προβολή της σφαίρας της Υδρογείου. Για παράδειγμα, παρ' ότι οι νυχτερίδες στην επίπεδη προβολή φαίνεται να μικραίνουν με γεωμετρική πρόοδο προς το όριο του κύκλου, στον χώρο της υπερβολικής γεωμετρίας έχουν όλες το ίδιο μέγεθος.....

Το φως των πρώτων άστρων που δημιουργήθηκαν στο σύμπαν

Το διαστημικό τηλεσκόπιο της NASA, Spitzer, "βλέπει" το φως των πρώτων άστρων και γαλαξιών που σχηματίστηκαν μετά την Μεγάλη Έκρηξη

Η πάνω εικόνα στο υπέρυθρο φως (σε μήκος κύματος 4,5 εκατομμυριοστά του μέτρου) δείχνει ένα συνονθύλευμα άστρων και γαλαξιών. Στην κάτω εικόνα αυτά τα άστρα και οι γαλαξίες αποκρύβονται (γκρι χρώμα) και το υπολειπόμενο φωτεινό υπόβαθρο έχει εξομαλυνθεί και ενισχυθεί. Η δομή της κάτω εικόνας ταιριάζει ακριβώς με την δομή που θα περίμενε κανείς να δει από τα σμήνη των πρώτων γαλαξιών και άστρων που σχηματίστηκαν μετά την Μεγάλη Έκρηξη.

Οι παρατηρήσεις του διαστημικού τηλεσκοπίου Spitzer επιβεβαιώνουν ότι τα πρώτα αντικείμενα που σχηματίστηκαν μετά το Big Bang, ήταν πολλά σε ποσότητα και έκαιγαν βίαια τα πυρηνικά τους καύσιμα. Σύμφωνα με τον  Alexander "Sasha" Kashlinsky επιστήμονα της NASA, αυτά τα αντικείμενα ήταν εξαιρετικά φωτεινά αλλά δεν μπορούμε ακόμα να είμαστε σίγουροι για τις πηγές του φωτός. Όμως είναι σχεδόν σίγουρο ότι πρόκειται για το φως από μια πανάρχαια εποχή.  Η έρευνα αυτή του Spitzer θα καθοδηγήσει το νέο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb της NASA, έτσι ώστε να μας αποκαλύψει τι ακριβώς ήταν αυτά τα αντικείμενα.

Ο Kashlinsky και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν το Spitzer για να εξετάσουν δύο τμήματα του ουρανού για περισσότερες από 400 ώρες την καθεμία. Στη συνέχεια αφαιρούσαν όλα τα γνωστά άστρα και γαλαξίες. Αντί λοιπόν να δουν ένα μαύρο κενό τμήμα ουρανού, αποκαλύφθηκε το φως που κατά πάσα πιθανότητα προέρχεται από πανάρχαια άστρα.
Το σύμπαν δημιουργήθηκε με τη Μεγάλη Έκρηξη περίπου πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια. Καθώς διαστελλόταν έπεφτε η θερμοκρασία του, και περίπου 500 εκατομμύρια χρόνια μετά, άρχισαν να σχηματίζονται τα πρώτα αστέρια, οι πρώτοι γαλαξίες και μαύρες τρύπες. Το φως αυτών των άστρων μετά από δισεκατομμύρια χρόνια έφτασε στο διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer. Το φως που εξέπεμπαν αρχικά τα άστρα ήταν ορατό ή και υπεριώδες αλλά λόγω της διαστολής του σύμπαντος, το φως που έφτασε στο Spitzer βρίσκεται στην υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.
Ο Kashlinsky παρομοιάζει ως εξής τις παρατηρήσεις της ομάδας του: για να δούμε τα πυροτεχνήματα που εκτοξεύονται στη Νέα Υόρκη στην επέτειο της 4ης Ιουλίου από το Λος Άντζελες, πρέπει πρώτα να αφαιρέσουμε το φως των δυο πόλεων, για να πάρουμε μια όχι και τόσο ξεκάθαρη εικόνα για το πώς κατανέμονται τα πυροτεχνήματα. Το σίγουρο είναι ότι βρίσκονται τόσο μακριά που δεν θα μπορούμε να τα δούμε ξεχωριστά.
Σύμφωνα με τον Kashlinsky το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer «είδε τα πρώτα κοσμικά πυροτεχνήματα».
www.nasa.gov

Η κλίμακα του σύμπαντος: Αυτός ο κόσμος ο μικρός, ο μέγας

Ένα animation , με τίτλο The Scale of the Universe 2, μας ταξιδεύει μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα από το ελάχιστο (10^-35 μέτρα) στο απείρως μεγάλο (10²⁷ μέτρα). Για να το δείτε και να παίξετε μ' αυτό πατήστε ΕΔΩ (αργεί λίγο να φορτώσει...)

Πως τα νετρόνια μπορούν να διαφύγουν σε ένα άλλο σύμπαν

Σύμφωνα με τους φυσικούς το άλμα από το σύμπαν μας σε ένα άλλο σύμπαν αποδεικνύεται ότι είναι θεωρητικά δυνατό.

Καλλιτεχνική απεικόνιση των braneworlds

Η ιδέα ότι το σύμπαν μας είναι ενσωματωμένο σε έναν ευρύτερο πολυδιάστατο χώρο συναρπάζει την φαντασία των επιστημόνων και του κόσμου γενικά.
Η ιδέα αυτή δεν ανήκει στην επιστημονική φαντασία. Σύμφωνα με κάποιες θεωρίες, ο κόσμος μας μπορεί να υπάρχει παράλληλα με άλλα σύμπαντα σε διαφορετικές διαστάσεις.
Οι κοσμολόγοι ονομάζουν αυτά τα σύμπαντα braneworlds. Και μεταξύ των πολλών προοπτικών που αυτή δημιουργεί αυτή η ιδέα είναι «αντικείμενα που βρίσκονται στο Σύμπαν μας να μπορούν με κάποιο τρόπο να μεταβούν σε ένα άλλο».
Μερικά χρόνια πριν, ο Michael Sarrazin από το Πανεπιστήμιο της Νamur στο Βέλγιο έδειξε πώς η ύλη θα μπορούσε να κάνει το άλμα αυτό με την παρουσία ισχυρών μαγνητικών πεδίων, δίνοντας έτσι μια θεωρητική βάση για τέτοιου είδους μεταβάσεις.
Τώρα, ο Sarrazin και οι συνεργάτες του, ισχυρίζονται ότι ο Γαλαξίας μας μπορεί να παράγει ένα μαγνητικό πεδίο αρκετά μεγάλο ώστε αυτό να συμβαίνει πραγματικά. Και ότι θα μπορέσουμε να παρατηρήσουμε την ύλη στο εργαστήριο να μεταβαίνει από το ένα σύμπαν σε άλλο. Και όχι μόνο .... ίσως τέτοιες παρατηρήσεις να έχουν ήδη γίνει σε ορισμένα πειράματα!
Τα εν λόγω πειράματα περιλαμβάνουν την παγίδευση υπέρψυχρων νετρονίων σε φιάλες και πραγματοποιούνται στο Ινστιτούτο Laue Langevin στην Γκρενόμπλ, στη Γαλλία, και στο Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής της Αγίας Πετρούπολης. Τα υπέψυχρα νετρόνια κινούνται τόσο αργά ώστε είναι δυνατόν να παγιδευτούν χρησιμοποιώντας «φιάλες» φτιαγμένες από μαγνητικά πεδία, συνηθισμένη ύλη και βαρύτητα.
Στα πειράματα αυτά προσδιορίζεται το «πόσο γρήγορα διασπώνται τα νετρόνια», μετατρεπόμενα σε πρωτόνιο, ηλεκτρόνιο και αντινετρίνο (διάσπαση β).
Οι φυσικοί μετρούν τον ρυθμό με τον οποίο τα νετρόνια χτυπούν τα τοιχώματα της φιάλης και το πόσο γρήγορα αυτός μειώνεται.
Είναι δυνατές οι εξής δυο διαδικασίες: η β διάσπαση των νετρονίων και η διαφυγή των νετρονίων από τη φιάλη. Έτσι, στην περίπτωση μιας ιδανικής φιάλης, η μείωση του αριθμού των νετρονίων στη φιάλη θα οφείλεται αποκλειστικά στη διάσπαση β. Όμως οι φιάλες δεν είναι ιδανικές, οπότε το ποσοστό διάσπασης των νετρονίων φαίνεται να είναι πάντα μεγαλύτερο.
Ίσως όμως να υπάρχει και μια τρίτη δυνατότητα: κάποια από τα επιπλέον νετρόνια που φαίνονται να διασπώνται, να μην διαφεύγουν απλά από τη φιάλη αλλά ...
να διαφεύγουν από το σύμπαν μας σε ένα άλλο!

Έτσι ο Sarrazin και οι συνεργάτες του έχουν χρησιμοποιήσει τους μετρούμενους ρυθμούς διάσπασης για να θέσουν ένα ανώτατο όριο στο πόσο συχνά μπορεί να συμβεί αυτό.
Το συμπέρασμά τους είναι ότι η πιθανότητα άλματος ενός νετρονίων είναι μικρότερη από περίπου ένα στο εκατομμύριο.
Αυτό στην πραγματικότητα δεν μας λέει ότι γίνεται μετάβαση σε άλλο σύμπαν. Αλλά αν γίνεται ... τότε δεν συμβαίνει πολύ συχνά.
Ωστόσο, Sarrazzin και οι συνεργάτες του επίσης λένε ευθέως ότι θα πρέπει να ληφθούν καλύτερα δεδομένα που να θέτουν αυστηρότερα όρια.
Σύμφωνα με την θεωρητική εργασία τους, μια αλλαγή στο βαρυτικό δυναμικό θα πρέπει να επηρεάσει και τον ρυθμό της μετάβασης. Έτσι μια ιδέα είναι να πραγματοποιηθεί πείραμα παγίδευσης νετρονίων που να διαρκεί ένα χρόνο ή περισσότερο, έτσι ώστε τη Γη να έχει ολοκληρώσει μια πλήρη περιφορά γύρω από τον Ήλιο.
Στο διάστημα αυτό, οι μεταβολές στο βαρυτικό πεδίο θα επηρεάσει τον ρυθμό μετάβασης της ύλης σε άλλο σύμπαν. Αν κάποιος μπορεί να ανιχνεύσει μια τέτοια διαφοροποίηση τότε θα είχαμε μια ισχυρή ένδειξη ότι η μετάβαση συμβαίνει πραγματικά.
Και βέβαια θα είχαμε να κάνουμε με μια από τις μεγαλύτερες ανακαλύψεις που έγιναν ποτέ στη φυσική.
Ref: arxiv.org/abs/1201.3949 : Experimental limits on neutron disappearance into another braneworld
technologyreview.com

Πως η κυκλοειδής καμπύλη περιγράφει την εξέλιξη του σύμπαντος

Στο Acta Eruditorium τον Ιούνιο του 1696 (ίσως το πρώτο επιστημονικό περιοδικό) εμφανίστηκε ένα σημείωμα από τον διάσημο Ελβετό επιστήμονα Johann Bernoulli με τίτλο «Ένα νέο πρόβλημα που οι μαθηματικοί καλούνται να επιλύσουν», που το διατύπωνε ως εξής:

Έστω δυο δεδομένα σημεία Α και Β σε ένα κατακόρυφο επίπεδο.

 Να βρεθεί η καμπύλη την οποία πρέπει να διαγράψει ένα υλικό σημείο σημείο που κινείται στη διαδρομή ΑΓ υπό την επίδραση του βάρους του, έτσι ώστε, ξεκινώντας από το Α, να φτάσει στο Β στον ελάχιστο χρόνο.

Πολλοί μαθηματικοί έλυσαν το πρόβλημα του Johann Bernoulli, όπως ο Lebniz, Jakob Bernoulli (ο αδελφός του Johann) και ίσως ίδιος ο Newton καθώς μια ανώνυμη λύση που στάλθηκε αποδίδεται σ’ αυτόν.
Όλοι κατέληγαν στο συμπέρασμα ότι η ζητούμενη «βραχυστόχρονη» είναι η κυκλοειδής καμπύλη. Η κυκλοειδής είναι η τροχιά που διαγράφει κάποιο συγκεκριμένο σημείο ενός κύκλου που κυλίεται χωρίς να ολισθαίνει, πάνω σε μια ευθεία γραμμή.
 Το όνομα της κυκλοειδούς (ως καμπύλης που σχετίζεται με τον κύκλο) εμφανίστηκε για πρώτη φορά στις εργασίες του Γαλιλαίου σαν επεξηγηματικό παράδειγμα. Την ανακάλυψαν ξανά στη Γαλλία οι Mersenne, Roberval, Descartes και Pascal και την βάφτισαν roulette.
Οι κορυφαίοι μαθηματικοί του 17ου αιώνα μελέτησαν πλήρως την κυκλοειδή καμπύλη προσδιορίζοντας τις εξισώσεις των εφαπτομένων της, τα εμβαδά των χωρίων που περικλείονται από αυτήν και τον άξονα των τετμημένων, τα μήκη των τόξων της, κ.ο.κ.
Και στη συνέχεια εμφανίστηκε άλλη μια έκπληξη. Aποδείχθηκε τελικά ότι αυτή, και όχι – όπως έγραφε ο Γαλιλαίος – κύκλος, έχει την εξής ιδιότητα: ένα σώμα που ολισθαίνει κατά μήκος της χωρίς τριβές ταλαντώνεται με περίοδο που δεν επηρεάζεται από την αρχική του θέση. Αυτή η ιδιότητα του ταυτόχρονου (ή του ισόχρονου) της κυκλοειδούς ανακαλύφθηκε από τον Huygens και προκάλεσε ενθουσιασμό. Ο ίδιος ο Huygens έγραψε ότι «η ανακάλυψη [αυτής] της ιδιότητας της κυκλοειδούς συνιστά τον πλέον ποθητό καρπό, ένα είδος αποκορυφώματος της διδασκαλίας του Γαλιλαίου για την πτώση των σωμάτων».
(Περισσότερη μαθηματική ανάλυση σχετικά με τις ιδιότητες του «βραχυστόχρονου» και του «ισόχρονου» της κυκλοειδούς καμπύλης μπορείτε να διαβάσετε ΕΔΩ: gkalios.blogspot.com)
Ο ενθουσιασμός όμως για την κυκλοειδή καμπύλη με το πέρασμα του χρόνου άρχισε να μειώνεται καθώς τελικά δεν ήταν το «εργαλείο» που θα έδινε απαντήσεις και σ’ άλλα θεμελιώδη προβλήματα της Φυσικής.
Η «απαξίωση» της κυκλοειδούς καμπύλης σήμερα είναι ακόμα μεγαλύτερη και όλο πιο σπάνια την συναντάει κανείς σε βιβλία φυσικής.

Η κυκλοειδής καμπύλη αποτελεί λύση της εξίσωσης Friedmann

Κι όμως η κυκλοειδής καμπύλη έχει περισσότερες εφαρμογές.
Και η εντυπωσιακότερη απ’ όλες να είναι το γεγονός ότι αποτελεί λύση της εξίσωσης Friedmann που περιγράφει την χρονική εξέλιξη του μεγέθους του σύμπαντος.
Η εξίσωση Friedmann προκύπτει από την επίλυση των εξισώσεων πεδίου της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, θεωρώντας την ομογενή και ισότροπη μετρική Robertson-Walker.
Στην εξίσωση περιέχεται ο παράγοντας κλίμακας R(t), ο οποίος περιγράφει την χρονική εξέλιξη του μέγεθους του σύμπαντος ή πιο συγκεκριμένα την χρονική εξάρτηση κάθε τυπικού μήκους, όπως για παράδειγμα την απόσταση μεταξύ δυο γαλαξιών:

όπου G η σταθερά της παγκόσμιας έλξης, ρ₀ και R₀ οι σημερινές τιμές της ενεργειακής πυκνότητας του σύμπαντος και του παράγοντα κλίμακας αντίστοιχα.
Ο γεωμετρικός παράγοντας k παίρνει τις τιμές k=0, +1 και -1, που καθορίζουν την γεωμετρία και την εξέλιξη του σύμπαντος.
Στην περίπτωση που k=+1 παρατηρούμε ότι η υπάρχει χρονική στιγμή t κατά την οποία ο παράγοντας κλίμακας R(t) εμφανίζει ένα μέγιστο.
Η μέγιστη τιμή R_max υπολογίζεται πολύ εύκολα θέτοντας στην εξίσωση Friedmann, dR(t)/dt=0

Αντικαθιστώντας στην αρχική εξίσωση έχουμε:

Το τελευταίο ολοκλήρωμα υπολογίζεται κάνοντας τον μετασχηματισμό

R=R_maxsin²(θ/2)

παίρνοντας τελικά

Οι δυο αυτές εξισώσεις αποτελούν την παραμετρική έκφραση της κυκλοειδούς καμπύλης που περιγράφει το κλειστό σύμπαν (k=+1).
 Στο παραπάνω σχήμα βλέπουμε την εξέλιξη του R(t) για την περίπτωση του ανοιχτού σύμπαντος (k=-1, με τιμή παραμέτρου πυκνότητας Ω₀=0.5), την περίπτωση του επίπεδου (k=0 και Ω₀=1) και την περίπτωση που εξετάστηκε εδώ, το κλειστό σύμπαν (k=+1, με Ω₀=2).
Στην περίπτωση του κλειστού σύμπαντος το σύμπαν διαστέλλεται φθάνοντας σε μια μέγιστη «ακτίνα» Rmax και στη συνέχεια συστέλλεται μέχρι την Μεγάλη Σύνθλιψη (το αντίθετο της Μεγάλης Έκρηξης). Και η κυκλοειδής καμπύλη περιγράφει την «ακτίνα» αυτού του σύμπαντος συναρτήσει του χρόνου.

Το ημερολόγιο του Σύμπαντος σε μια εικόνα

Όταν η ιστορία του Σύμπαντος, από την Μεγάλη Έκρηξη μέχρι σήμερα συμπιέζεται σε ένα ημερολογιακό έτος, προκύπτει η παρακάτω σύνθεση….Καλή χρονιά!
(η σύνθεση είναι του Ethan Siegel από το scienceblogs)

Διημερίδα: Τέχνη – Επιστήμη - Σύμπαν

ΔΙΗΜΕΡΙΔΑ: «ΤΕΧΝΗ – ΕΠΙΣΤΗΜΗ - ΣΥΜΠΑΝ»

8 – 9 ΝΟΕΜΒΡΙΟΥ 2011

To ’Ιδρυμα Ευγενίδου με τη συνδιοργάνωση και Προεδρία του Επιμελητηρίου Εικαστικών Τεχνών Ελλάδας διοργανώνει διημερίδα–συμπόσιο στις 8 και 9 Νοεμβρίου 2011 με θέμα «Τέχνη-Επιστήμη-Σύμπαν». Η Διημερίδα θα πραγματοποιηθεί στο Αμφιθέατρο του Ιδρύματος Ευγενίδου (Λεωφ. Συγγρού 387, 175 64 Π. Φάληρο) με ελεύθερη είσοδο για το κοινό και ομιλητές τον ......

Γιατί λέμε το Πολυσύμπαν και όχι απλά το Σύμπαν μας

Πρώτος ο Hubble το 1920 και στη συνέχεια μέχρι σήμερα ένας μεγάλος αριθμός αστρονόμων, με ακριβέστατες παρατηρήσεις μακρινών γαλαξιών, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το Σύμπαν μας διαστέλλεται και ψύχεται και οι γαλαξίες που περιέχονται σ’ αυτό απομακρύνονται συνεχώς μεταξύ τους.

Αλλά τι σημαίνει αυτό για το παρελθόν μας;
Αν τώρα το Σύμπαν διαστέλλεται και ψύχεται, αυτό σημαίνει ότι στο παρελθόν είχε μικρότερο μέγεθος και ήταν λιγότερο ψυχρό – με άλλα λόγια ήταν πιο πυκνό και πιο θερμό......

Τι μπορεί να κινηθεί με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός;

Το ίδιο το σύμπαν. Το πώς γίνεται να συμβαίνει είναι λίγο περίπλοκο και γι αυτό ας ξεκινήσουμε από την αρχή, την Μεγάλη Έκρηξη. Πριν από περίπου 14 δισεκατομμύρια χρόνια, δημιουργήθηκε το σύμπαν και από τότε διαστέλλεται προς κάθε κατεύθυνση, γεγονός που απέδειξε πρώτος ο αστρονόμος Ε. Hubble αναλύοντας το φως απομακρυσμένων γαλαξιών [βλέπε το σχετικό άρθρο: Ο νόμος του Χάμπλ (Hubble)].
Σύμφωνα με το νόμο του Χάμπλ, όσο πιο μακριά βρίσκεται ένας γαλαξίας τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα απομάκρυνσής του.
Δεν υπάρχει όριο στο πόσο γρήγορα μπορεί το σύμπαν να διαστέλλεται.
Το σύμπαν μπορεί να επεκτείνεται και με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός. Αυτό δεν αντιφάσκει με την θεωρία της Σχετικότητας του Einstein, σύμφωνα με τη οποία κανένα σώμα δεν μπορεί να κινηθεί με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός. Δεν κινείται κάποιο αντικείμενο με «υπερφωτεινή» ταχύτητα, αλλά αυτό που συμβαίνει είναι ότι ο ίδιος χώρος από μόνος του τεντώνει με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός, γεγονός που δεν απαγορεύει η θεωρία της Σχετικότητας. Φανταστείτε το σύμπαν σαν ένα σταφιδόψωμο που διαστέλλεται. Οι σταφίδες-γαλαξίες θα απομακρύνονται μεταξύ τους καθώς το σταφιδόψωμο θα φουσκώνει.
Μερικοί γαλαξίες είναι ήδη τόσο μακριά από μας και απομακρύνονται τόσο γρήγορα που το φως τους δεν θα φτάσει ποτέ στη Γη.
Είναι σαν να τρέχουμε έναν αγώνα δρόμου και ο δρόμος να μεγαλώνει πιο γρήγορα απ’ ότι μπορούμε εμείς να τρέξουμε. Τότε δεν θα φτάσουμε ποτέ στον τερματισμό....
popsci.com

Η προέλευση και η εξέλιξη του σύμπαντος

Η ομιλία του Νίκου Πράντζου στο 10ο Επιστημονικό Συμπόσιο Φυσικής

Ο Νίκος Πράντζος είναι αστροφυσικός κάτοχος Doctorat d’ Etat στην πυρηνική αστροφυσική του Πανεπιστημίου Paris 7. Είναι ερευνητής στο Εθνικό Ίδρυμα Ερευνών της Γαλλίας (CNRS) και από το 1986 εργάζεται στο Ινστιτούτο Αστροφυσικής του Παρισιού πάνω σε θέματα αστρικής και γαλαξιακής εξέλιξης και αστρονομίας ακτίνων γ. Διδάσκει στο μεταπτυχιακό τμήμα Αστροφυσικής του Πανεπιστημίου Paris 6. Για την ερευνητική του δραστηριότητα του απονεμήθηκε το βραβείο της γαλλικής Αστρονομικής Ένωσης το 1994. Έχει δημοσιεύσει τέσσερα βιβλία εκλαίκευσης της αστρονομίας στα γαλλικά, που έχουν μεταφραστεί σε πολλές γλώσσες και έχουν αποσπάσει τιμητικές διακρίσεις. Η γαλλική έκδοση του βιβλίου “Η περιπέτεια του μέλλοντος” τιμήθηκε με το βραβείο “Jean Rostand” το 1999. Για το σύνολο του εκλαϊκευτικού του έργου τιμήθηκε το 2004 από το Γαλλικό Κοινοβούλιο.

Oι πρωταθλητές και τα ρεκόρ του σύμπαντος

O σουπερνοβα SN2005ap πήρε το ρεκόρ της λαμπρότερης έκρηξης από τον SN 2006gy

Ποιο είναι το θερμότερο αντικείμενο του σύμπαντος και ποιο το ψυχρότερο; Ποιο αντικείμενο του σύμπαντος κινείται με τη μεγαλύτερη ταχύτητα; Ποιο είναι το λαμπρότερο και ποιο το σκοτεινότερο αντικείμενο στο σύμπαν; Το πιο πυκνό ή το πιο στρογγυλό; Ποιος είναι ο μεγαλύτερος πλανήτης, ο μεγαλύτερος γαλαξίας, το μεγαλύτερο άστρο, η μεγαλύτερη τρύπα; ποια είναι η μεγαλύτερη ανθρώπινη κατασκευή στο διάστημα;

Απαντήσεις σ' αυτούς τους "περίεργους" προβληματισμούς δίνονται στη συνέχεια (βασισμένες σε παλαιότερα άρθρα).

1. Το πιο θερμό αντικείμενο του σύμπαντος

Ένα ταξίδι στα πιο θερμά μέρη του σύμπαντος πρέπει να ξεκινήσει αρχικά από τον ήλιο, το πύρινο κέντρο του ηλιακού μας συστήματος. Με μια επιφανειακή θερμοκρασία 5800 βαθμών Κέλβιν δεν πλησιάζει καν το κοσμικό ρεκόρ.
Στον πυρήνα των μπλε υπεργιγάντων η θερμοκρασία ξεπερνά τους 50000 βαθμούς Κέλβιν. Όμως ακόμα κι αυτή τη θερμοκρασία την ξεπερνούν κάποιοι λευκοί νάνοι, όπως ο HD62166 που φθάνει στους 200000 βαθμούς (σε τόσο μεγάλες θερμοκρασίες δεν παίζει ρόλο αν χρησιμοποιούμε την κλίμακα Κέλβιν ή την κλίμακα Κελσίου, αφού οι δυο κλίμακες διαφέρουν μόνο κατά 273 βαθμούς!), ενώ ο πυρήνας των μεγαλύτερων υπεργιγάντων μπορεί να ξεπεράσει το ένα δισεκατομμύριο βαθμούς.....

Ο πιο λεπτομερής τρισδιάστατος χάρτης του σύμπαντος...

..που έγινε ποτέ

Έχουν καταλογογραφηθεί περισσότεροι από 43.000 γαλαξίες σε μια περιοχή που καλύπτει απόσταση πάνω από 380 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη

Μετά από  μια δεκαετία ερευνών, η ομάδα 2MRS (2MASS Redshift Survey) κατάφερε τελικά  να ολοκληρώσει τον πιο λεπτομερή 3D χάρτη του τοπικού Σύμπαντος. Παρουσιάστηκε από την Karen Masters από το πανεπιστήμιο του Portsmouth σε συνέντευξη τύπου στην 218η συνάντηση της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας στο κέντρο αστροφυσικής Harvard-Smithsonian.
news.softpedia.com