Η Επιταχυνόμενη Διαστολή του Σύμπαντος Επιβεβαιώνεται
Της Αστροφυσικου Ελενης Χατζηχρηστου
Αστρονόμοι του Πανεπιστημίου Leiden της Ολλανδίας πρόσφατα ανακοίνωσαν τα αποτελέσματα μιας επισταμένης έρευνάς τους που αφορούσε 446 χιλιάδες γαλαξίες του Σύμπαντος. Οι γαλαξίες αυτοί αποτελούν αντικείμενα της μεγαλύτερης επισκόπησης του ουρανού που έγινε ποτέ, γνωστής ως COSMOS, με το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble στη διάρκεια 1000 ωρών παρατήρησης! Για 194 χιλιάδες από αυτούς τους γαλαξίες, οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν και επίγεια τηλεσκόπια για να υπολογίσουν την ερυθρομετατόπισή τους, από την οποία προκύπτει η απόστασή τους από εμάς, σύμφωνα με την αρχή του φαινομένου Doppler. Είναι η πρώτη φορά που συγκεντρώνεται παρατηρησιακό υλικό για τόσους πολλούς γαλαξίες, από το οποίο προκύπτουν σημαντικές πληροφορίες ακόμη και για τις αόρατες δομές του Σύμπαντος που βρίσκονται σε μεγάλες αποστάσεις. Αυτό οφείλεται στο φαινόμενο των βαρυτικών φακών, την στρέβλωση δηλαδή της εικόνας των μακρινών γαλαξιών λόγω της βαρυτικής και της σκοτεινής ύλης που μεσολαβεί.
Εικ.1: Σμήνος γαλαξιών φωτογραφημένο στα οπτικά μήκη κύματος και στις ακτίνες Χ (Credit: Chandra,HST)
Ακόμη πρέπει να σημειωθεί ότι είναι η πρώτη φορά που οι αστρονόμοι μετρούν με τέτοια ακρίβεια τις λεπτομέρειες αυτής της στρέβλωσης με τη χρήση προχωρημένων αλγορίθμων. Το φαινόμενο των βαρυτικών φακών αποτελεί στην ουσία καμπύλωση του χωροχρόνου από το βαρυτικό πεδίο μεγάλων συγκεντρώσεων ύλης, όπως είναι τα γαλαξιακά σμήνη. Το φως που προέρχεται από μακρινά αντικείμενα, καθώς μεταδίδεται ευθύγραμμα στον διαγαλαξιακό χώρο, τυχαίνει να βρει μπροστά του τέτοιες συγκεντρώσεις ύλης οπότε και η ευθεία διάδοσής του καμπυλώνεται. Γενικά οι καμπυλώσεις αυτές είναι ανεπαίσθητες και μπορούν να μετρηθούν με ακρίβεια μόνο στατιστικά, δίνοντας εκτιμήσεις για την ένταση του τοπικού βαρυτικού πεδίου και επομένως για τη μάζα της συγκεντρωμένης ύλης.
Εικ. 2: Καλλιτεχνική αναπαράσταση του φαινομένου του βαρυτικού φακού που προκαλείται από την καμπύλωση του φωτός (του χωροχρόνου) κοντά σε μεγάλη συγκέντρωση ύλης (Credit: NASA/CXC/M.Weiss).
Ο μεγάλος αριθμός γαλαξιών στους οποίους εφαρμόστηκε αυτή η μέθοδος έδωσε επίσης στους επιστήμονες τη δυνατότητα να επιβεβαιώσουν την επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος, ανακάλυψη που είχε προκαλέσει πραγματικό σεισμό στα θεμέλια της σύγχρονης αστροφυσικής πριν μια περίπου δεκαετία όταν πρωτο-παρατηρήθηκε χάρη στην επισταμένη μελέτη μακρινών υπερκαινοφανών «άστρων». Η βαρυτική δύναμη από τη μια μεριά κρατάει συγκεντρωμένους τους γαλαξίες και τις άλλες δομές του Σύμπαντος, ενώ μια άλλη «μυστική δύναμη» που οι επιστήμονες ονομάζουν σκοτεινή ενέργεια λειτουργεί απωθητικά για την ύλη και είναι η αιτία της επιταχυνόμενης απομάκρυνσης των γαλαξιών του Σύμπαντος μεταξύ τους. Οι επιστήμονες ενδιαφέρονται για την δημιουργία και εξέλιξη των πρώτων δομών του Σύμπαντος από την αρχική ελαφρώς ανομοιογενή κατανομή της ύλης στο νεογέννητο Σύμπαν. H αλληλεπίδραση ελκτικών και απωστικών δυνάμεων αποτελεί το κλειδί γι’ αυτή την κατανόηση.
Εικ.3: Βαρυτικοί φακοί στο Σύμπαν από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble (Credit: HST, STScI).
Όπως εξηγούν οι επιστήμονες, η σκοτεινή ενέργεια επηρεάζει με δύο τρόπους τη φύση: κατ’ αρχάς τα σμήνη γαλαξιών αναπτύσσονται με αργότερους ρυθμούς και δεύτερον αλλάζει τον τρόπο που διαστέλλεται το Σύμπαν με αποτέλεσμα να βρίσκουμε μακρινότερους και περισσότερο στρεβλωμένους γαλαξίες σε αυτό. Η πρόσφατη ανάλυση εκατοντάδων χιλιάδων γαλαξιών αναδεικνύει ακριβώς αυτά τα φαινόμενα. Και φυσικά προσφέρει μία ακόμη απόδειξη για την αξία της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας του Einstein και κυρίως του πώς η στρέβλωση των μακρινών γαλαξιών είναι συνάρτηση της ερυθρομετατόπισής τους.
Εικ. 4: Καμπύλωση του χωροχρόνου λόγω βαρύτητας (Credit: Addison Wesley).
Μετρώντας με ακρίβεια τις αποστάσεις και τη στρέβλωση των μακρινών γαλαξιών αποκτάμε καλύτερη γνώση της κατανομής της ύλης (φωτεινής και σκοτεινής) στο Σύμπαν ανάμεσα σε εμάς και τους μακρινούς γαλαξίες. Με άλλα λόγια χαρτογραφούμε σε μια τρισδιάστατη εικόνα τον σκελετό του Σύμπαντος, ενώ μέχρι τώρα ήταν δυνατή μόνο η διδιάστατη «απεικόνιση» του Σύμπαντος. Ακόμη, ανακαλύπτουμε τον σκελετό της σκοτεινής ύλης που περιέχει το Σύμπαν και τον βλέπουμε να μεταβάλλεται και να εξελίσσεται από τις πρώτες στιγμές του Σύμπαντος ως τις μέρες μας.
Να συμπληρώσουμε ότι η μεγάλη επισκόπηση του ουρανού COSMOS είναι μια ακόμη επιτυχία του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble το οποίο αποτελεί την πιο επιτυχημένη ίσως συνεργασία μεταξύ των οργανισμών διαστήματος της Ευρώπης (ESA) και των Ηνωμένων Πολιτειών (NASA).
Της Αστροφυσικου Ελενης Χατζηχρηστου
Αστρονόμοι του Πανεπιστημίου Leiden της Ολλανδίας πρόσφατα ανακοίνωσαν τα αποτελέσματα μιας επισταμένης έρευνάς τους που αφορούσε 446 χιλιάδες γαλαξίες του Σύμπαντος. Οι γαλαξίες αυτοί αποτελούν αντικείμενα της μεγαλύτερης επισκόπησης του ουρανού που έγινε ποτέ, γνωστής ως COSMOS, με το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble στη διάρκεια 1000 ωρών παρατήρησης! Για 194 χιλιάδες από αυτούς τους γαλαξίες, οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν και επίγεια τηλεσκόπια για να υπολογίσουν την ερυθρομετατόπισή τους, από την οποία προκύπτει η απόστασή τους από εμάς, σύμφωνα με την αρχή του φαινομένου Doppler. Είναι η πρώτη φορά που συγκεντρώνεται παρατηρησιακό υλικό για τόσους πολλούς γαλαξίες, από το οποίο προκύπτουν σημαντικές πληροφορίες ακόμη και για τις αόρατες δομές του Σύμπαντος που βρίσκονται σε μεγάλες αποστάσεις. Αυτό οφείλεται στο φαινόμενο των βαρυτικών φακών, την στρέβλωση δηλαδή της εικόνας των μακρινών γαλαξιών λόγω της βαρυτικής και της σκοτεινής ύλης που μεσολαβεί.
Εικ.1: Σμήνος γαλαξιών φωτογραφημένο στα οπτικά μήκη κύματος και στις ακτίνες Χ (Credit: Chandra,HST)
Ακόμη πρέπει να σημειωθεί ότι είναι η πρώτη φορά που οι αστρονόμοι μετρούν με τέτοια ακρίβεια τις λεπτομέρειες αυτής της στρέβλωσης με τη χρήση προχωρημένων αλγορίθμων. Το φαινόμενο των βαρυτικών φακών αποτελεί στην ουσία καμπύλωση του χωροχρόνου από το βαρυτικό πεδίο μεγάλων συγκεντρώσεων ύλης, όπως είναι τα γαλαξιακά σμήνη. Το φως που προέρχεται από μακρινά αντικείμενα, καθώς μεταδίδεται ευθύγραμμα στον διαγαλαξιακό χώρο, τυχαίνει να βρει μπροστά του τέτοιες συγκεντρώσεις ύλης οπότε και η ευθεία διάδοσής του καμπυλώνεται. Γενικά οι καμπυλώσεις αυτές είναι ανεπαίσθητες και μπορούν να μετρηθούν με ακρίβεια μόνο στατιστικά, δίνοντας εκτιμήσεις για την ένταση του τοπικού βαρυτικού πεδίου και επομένως για τη μάζα της συγκεντρωμένης ύλης.
Εικ. 2: Καλλιτεχνική αναπαράσταση του φαινομένου του βαρυτικού φακού που προκαλείται από την καμπύλωση του φωτός (του χωροχρόνου) κοντά σε μεγάλη συγκέντρωση ύλης (Credit: NASA/CXC/M.Weiss).
Ο μεγάλος αριθμός γαλαξιών στους οποίους εφαρμόστηκε αυτή η μέθοδος έδωσε επίσης στους επιστήμονες τη δυνατότητα να επιβεβαιώσουν την επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος, ανακάλυψη που είχε προκαλέσει πραγματικό σεισμό στα θεμέλια της σύγχρονης αστροφυσικής πριν μια περίπου δεκαετία όταν πρωτο-παρατηρήθηκε χάρη στην επισταμένη μελέτη μακρινών υπερκαινοφανών «άστρων». Η βαρυτική δύναμη από τη μια μεριά κρατάει συγκεντρωμένους τους γαλαξίες και τις άλλες δομές του Σύμπαντος, ενώ μια άλλη «μυστική δύναμη» που οι επιστήμονες ονομάζουν σκοτεινή ενέργεια λειτουργεί απωθητικά για την ύλη και είναι η αιτία της επιταχυνόμενης απομάκρυνσης των γαλαξιών του Σύμπαντος μεταξύ τους. Οι επιστήμονες ενδιαφέρονται για την δημιουργία και εξέλιξη των πρώτων δομών του Σύμπαντος από την αρχική ελαφρώς ανομοιογενή κατανομή της ύλης στο νεογέννητο Σύμπαν. H αλληλεπίδραση ελκτικών και απωστικών δυνάμεων αποτελεί το κλειδί γι’ αυτή την κατανόηση.
Εικ.3: Βαρυτικοί φακοί στο Σύμπαν από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble (Credit: HST, STScI).
Όπως εξηγούν οι επιστήμονες, η σκοτεινή ενέργεια επηρεάζει με δύο τρόπους τη φύση: κατ’ αρχάς τα σμήνη γαλαξιών αναπτύσσονται με αργότερους ρυθμούς και δεύτερον αλλάζει τον τρόπο που διαστέλλεται το Σύμπαν με αποτέλεσμα να βρίσκουμε μακρινότερους και περισσότερο στρεβλωμένους γαλαξίες σε αυτό. Η πρόσφατη ανάλυση εκατοντάδων χιλιάδων γαλαξιών αναδεικνύει ακριβώς αυτά τα φαινόμενα. Και φυσικά προσφέρει μία ακόμη απόδειξη για την αξία της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας του Einstein και κυρίως του πώς η στρέβλωση των μακρινών γαλαξιών είναι συνάρτηση της ερυθρομετατόπισής τους.
Εικ. 4: Καμπύλωση του χωροχρόνου λόγω βαρύτητας (Credit: Addison Wesley).
Μετρώντας με ακρίβεια τις αποστάσεις και τη στρέβλωση των μακρινών γαλαξιών αποκτάμε καλύτερη γνώση της κατανομής της ύλης (φωτεινής και σκοτεινής) στο Σύμπαν ανάμεσα σε εμάς και τους μακρινούς γαλαξίες. Με άλλα λόγια χαρτογραφούμε σε μια τρισδιάστατη εικόνα τον σκελετό του Σύμπαντος, ενώ μέχρι τώρα ήταν δυνατή μόνο η διδιάστατη «απεικόνιση» του Σύμπαντος. Ακόμη, ανακαλύπτουμε τον σκελετό της σκοτεινής ύλης που περιέχει το Σύμπαν και τον βλέπουμε να μεταβάλλεται και να εξελίσσεται από τις πρώτες στιγμές του Σύμπαντος ως τις μέρες μας.
Να συμπληρώσουμε ότι η μεγάλη επισκόπηση του ουρανού COSMOS είναι μια ακόμη επιτυχία του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble το οποίο αποτελεί την πιο επιτυχημένη ίσως συνεργασία μεταξύ των οργανισμών διαστήματος της Ευρώπης (ESA) και των Ηνωμένων Πολιτειών (NASA).
