… θα μπορούσε να βοηθήσει στη λύση του μυστηρίου της σκοτεινής ενέργειας
Μια εντελώς νέα τεχνική για την εξερεύνηση του σύμπαντος.
Το παρατηρήσιμο σύμπαν περιέχει περίπου 1080 άτομα και το 90% από αυτά είναι άτομα απλού υδρογόνου. Οι φυσικοί κατάφεραν να το χρησιμοποιήσουν επιτυγχάνοντας κάτι μοναδικό: να αποκαλύψουν την φύση της σκοτεινής ενέργειας, της μυστηριώδους δύναμης που καθοδηγεί την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος.
Αυτή η νέα έρευνα για την σκοτεινή ενέργεια προέρχεται από το γεγονός ότι οι ερευνητές διαπίστωσαν πως το πρόγραμμα CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) μπορεί να ανιχνεύσει την αμυδρή ραδιοφωνική «λάμψη» του υδρογόνου από το μακρινό παρελθόν του σύμπαντος.
Πού οφείλεται όμως αυτή η λάμψη; Τα άτομα του απλού υδρογόνου αποτελούνται από ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο. Στην κβαντική μηχανική, αυτά τα σωματίδια συμπεριφέρονται σαν μικρά μαγνητικά δίπολα και έχουν μια ιδιότητα που ονομάζεται «σπιν». Όταν τα σπιν τους είναι παράλληλα, το άτομο βρίσκεται σε μια ελαφρώς διεγερμένη κατάσταση. Όταν τελικά μεταβαίνει στη θεμελιώδη του κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας (με τα σπιν να γίνονται αντιπαράλληλα), το άτομο αποβάλλει την ενέργεια που του περισσεύει εκπέμποντας ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Αν και αυτή η μετάβαση είναι εξαιρετικά σπάνια για ένα μεμονωμένο άτομο, η τεράστια αφθονία του υδρογόνου στο σύμπαν εξασφαλίζει μια συνεχή εκπομπή στη ραδιοφωνική περιοχή του φάσματος, με συχνότητα 1420 MHz και μήκος κύματος ακριβώς 21 εκατοστά.
Αυτό δεν αποτελεί μόνο έναν γρηγορότερο και λιγότερο δαπανηρό τρόπο διερεύνησης της σκοτεινής ενέργειας, αλλά είναι και ένα σημαντικό ορόσημο για το CHIME. Το όργανο σχεδιάστηκε ειδικά για την διερεύνηση της σκοτεινής ενέργεια.
«Πρόκειται για μια εντελώς νέα τεχνική για την εξερεύνηση του σύμπαντος, η οποία προσφέρεται από ένα όργανο που σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε από Καναδούς», δήλωσε ο κύριος ερευνητής του CHIME, Mark Halpern από το Πανεπιστήμιο της Βρετανικής Κολομβίας.
Η σκοτεινή ενέργεια και η επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος
Η σκοτεινή ενέργεια είναι η μυστηριώδης δύναμη που επιταχύνει την διαστολή του σύμπαντος. Αποτελεί μεγάλο μυστήριο για τους φυσικούς επειδή άρχισε να επιδρά στον ιστό του χώρου μόνο αφού είχε σταματήσει η διαστολή που πυροδότησε η Μεγάλη Έκρηξη.
Είναι σαν να σπρώχνεις ένα παιδί σε μια κούνια, να την παρακολουθείς να σταματά και μετά να βλέπεις την κούνια να ξεκινάει πάλι χωρίς να την έχει σπρώξει κανείς. Κι όχι μόνο αυτό, αλλά η κούνια αρχίζει να αιωρείται όλο και πιο γρήγορα. Από πού προκύπτει αυτή η ανεξήγητη ώθηση και πώς πρόκειται να εξελιχθεί;
Η αυξανόμενη ισχύς της σκοτεινής ενέργειας θα μπορούσε να οδηγήσει στον ψυχρό θάνατο του σύμπαντος ή ακόμα και σε ένα σενάριο «Μεγάλης Ρήξης», όπου ο ιστός του χώρου θα διαρραγεί πλήρως. Εναλλακτικά, αν εξασθενήσει και επιτρέψει στη βαρύτητα να ανακτήσει την κυριαρχία της, τότε το σύμπαν θα μπορούσε να καταρρεύσει ξανά στον εαυτό του, καταλήγοντας σε μια «Μεγάλη Σύνθλιψη», όπου το σύμπαν συμπιέζεται πίσω σε μια μοναδικότητα, όπως ακριβώς ήταν στην αρχή του χρόνου.
Η σκοτεινή ενέργεια είναι πλέον το κυρίαρχο στοιχείο του σύμπαντος, αντιπροσωπεύοντας το 68% του συνολικού ισοζυγίου ύλης-ενέργειας. Δεν είναι καθόλου παράξενο που οι επιστήμονες επιθυμούν διακαώς να μάθουν τι ακριβώς είναι αυτή η μυστηριώδης δύναμη.
Πώς μπορεί λοιπόν το υδρογόνο να βοηθήσει στη διερεύνηση της σκοτεινής ενέργειας;
«Το υδρογόνο είναι το πιο κοινό στοιχείο στο σύμπαν και η πρώτη ύλη από την οποία σχηματίζονται τα άστρα», δήλωσε το μέλος της ομάδας Arnab Chakraborty από το Πανεπιστήμιο του Τορόντο. «Η αμυδρή ραδιοεκπομπή του λειτουργεί ως ένας κοσμικός ιχνηλάτης, αποκαλύπτοντας πώς κατανέμεται η ύλη στο διάστημα».
Το τεράστιο πλεονέκτημα της ακτινοβολίας των 21 εκατοστών είναι ότι, σε αντίθεση με το ορατό φως, διεισδύει εύκολα και αδιάκοπα μέσα από τα πυκνά σύννεφα της διαστρικής κοσμικής σκόνης, προσφέροντας μια καθαρή εικόνα της δομής του σύμπαντος.
Στο παρελθόν, για να χαρτογραφήσει το CHIME το υδρογόνο στο αρχέγονο σύμπαν, έπρεπε αναγκαστικά να διασταυρώσει τις παρατηρήσεις του με δεδομένα από άλλα τηλεσκόπια. Ωστόσο, αυτές οι διαδικασίες κοστίζουν εκατομμύρια δολάρια και περιορίζονται αποκλειστικά σε περιοχές του σύμπαντος με αρκετή πυκνότητα ώστε να γεννηθούν άστρα. Πλέον, το CHIME απέδειξε πως μπορεί να καταγράψει τη ραδιοφωνική λάμψη του υδρογόνου εντελώς αυτόνομα.
Πράγματι, η αρχή προς αυτή την κατεύθυνση έχει ήδη γίνει, με βάση ένα πολύ μικρό ποσοστό των υπαρχόντων δεδομένων του CHIME. Βασιζόμενοι σε παρατηρήσεις 94 νυχτών από το 2019, οι ερευνητές ανίχνευσαν ένα σήμα υδρογόνου από την περίοδο που το σύμπαν ήταν μόλις 5 δισεκατομμυρίων ετών.
«Τα δεδομένα μας δείχνουν ότι εκείνη την εποχή περίπου το 2% του υδρογόνου στο σύμπαν βρισκόταν σε ουδέτερη ατομική μορφή, ένα εύρημα που συμβαδίζει σε γενικές γραμμές με άλλες μετρήσεις», δήλωσε ο Shabbir Shaikh, μέλος της ομάδας από το Κρατικό Πανεπιστήμιο της Αριζόνα. «Αποτυπώνοντας τον τρόπο που αυτό το υδρογόνο κατανέμεται και συγκεντρώνεται, το CHIME μάς προσφέρει ένα νέο εργαλείο για να επαληθεύσουμε όσα γνωρίζουμε για τον σχηματισμό και την εξέλιξη των γαλαξιών.»
Το CHIME έχει πλέον καταγράψει δεδομένα επτά ετών, με την βοήθεια των οποίων οι επιστήμονες ευελπιστούν να ιχνηλατήσουν την κατανομή του υδρογόνου έως και 3 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Η ακτινοβολία των 21 εκατοστών αποτελεί το απόλυτο κοσμολογικό εργαλείο για αυτόν τον σκοπό. Μετά την αρχική διαστολή, όταν το σύμπαν ψύχθηκε και γέμισε με ουδέτερα άτομα υδρογόνου, αυτή η ραδιοεκπομπή ήταν το μοναδικό «φως» στο σύμπαν. Διαβάζοντας αυτά τα σήματα, οι αστρονόμοι μπορούν να χαρτογραφήσουν τον «κοσμικό μεσαίωνα» (τη σκοτεινή περίοδο πριν τον σχηματισμό των πρώτων άστρων) μέχρι και την «κοσμική αυγή», ανακαλύπτοντας βήμα-βήμα πώς η σκοτεινή ενέργεια διαμόρφωσε τον κόσμο μας.
Η έρευνα της ερευνητικής ομάδας CHIME δημοσιεύτηκε σε δύο εργασίες στο περιοδικό The Astrophysical Journal:
1. Interpretation of 21 cm Autopower Spectrum Measurement at z=1 by the Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment
2. Detection of the Cosmological 21 cm Signal in Autocorrelation at z=1 with the Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment
Κατηγορίες:ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑ, ΑΣΤΡΟΦΥΣΙΚΗ, ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑ, ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ, ΣΥΜΠΑΝ
Καλημέρα, γιατί ριαδοφωνικό;
γιατί η συχνότητα 1420 MHz βρίσικεται στην ραδιοφωνική περιοχή του ΗΜ φάσματος
Ναι είναι γνωστό, σε ποια μπάντα θα ακούσουμε το ράδιο υδρογόνο λοιπόν;