Αστρονόμοι με τη βοήθεια προσομοιώσεων σε υπολογιστή υπολόγισαν ότι η μάζα μιας μαύρης γιγάντιας τρύπας στην καρδιά ενός από τους μεγαλύτερους γειτονικούς μας γαλαξίες είναι δύο με τρεις φορές μεγαλύτερη από αυτή που νομίζαμε έως τώρα.

Αυτή ισοδυναμεί περίπου με 6,4 δισεκατομμύρια ήλιους, κι έτσι η μαύρη τρύπα στο γαλαξία M87 είναι η πλέον μεγαλύτερη από όλες αυτές που έχουν μετρηθεί με μια αξιόπιστη τεχνική, και δείχνει ότι οι αποδεκτές μάζες μιας μαύρης τρύπας στους γειτονικούς μας μεγάλους γαλαξίες ενδέχεται να μην είναι παρόμοιες, σύμφωνα με τους ερευνητές.

Αριστερά: πίδακες αναβλύζουν από την κεντρική μαύρη τρύπα του ελλειπτικού γαλαξία M87, Η  μάζα της είναι ισοδύναμη με 5 περίπου δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες.

Το γεγονός αυτό θα έχει συνέπειες για τις θεωρίες εκείνες για το πώς σχηματίζονται και μεγαλώνουν οι γαλαξίες, ενώ θα μπορούσε μάλιστα να λύσει κι ένα μακροχρόνιο αστρονομικό παράδοξο, υποστηρίζουν οι επιστήμονες. 

Ο Karl Gebhardt από το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Όστιν ανέφερε λεπτομερώς τα πορίσματα της μελέτης του στην ετήσια συνεδρίαση της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας στην Πασαντένα

 

Ανάγνωση του υπολοίπου…

Ορισμένες από τις πιο ισχυρές εκρήξεις στο σύμπαν είναι αόρατες. Όμως οι αστρονόμοι τις βλέπουν στην περιοχή των ακτίνων Χ και γάμμα του φάσματος από τις οποίες μπορούν να δουν τι πραγματικά συμβαίνει.

Αυτή η καλλιτεχνική εικόνα δείχνει μια έκρηξη ακτίνων-γ σε μια περιοχή με σκόνη έντονου σχηματισμού νέων αστέρων. Εάν ένα νέφος της σκόνης βρίσκεται μεταξύ της Γης και της περιοχής της έκρηξης, τότε οι ακτίνες του οπτικού φάσματος θα πρέπει να απορροφηθούν σχεδόν εξ ολοκλήρου, αλλά οι ακτίνες γάμμα και Χ θα διεισδύουν εύκολα μέσα από τη σκόνη.

Σήμερα οι αστρονόμοι λένε πως ένα ορισμένο είδος έκρηξης ακτίνων-γ, οι πιο ενεργητικές εκρήξεις στο σύμπαν, μπορεί να φωτίζει περιοχές των γαλαξιών, αλλά μόνο σε αυτά τα πιο ενεργητικά μήκη κύματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, αποκαλύπτεται ο έντονος σχηματισμός των άστρων και ο θάνατος τους.

 

Ανάγνωση του υπολοίπου…

Αστρονόμοι με τη βοήθεια του τηλεσκόπιου των 5 μέτρων στο όρος Palomar έχουν εντοπίσει έναν αέριο γιγάντιο πλανήτη 20 έτη φωτός μακριά από τη Γη μόνο, που έχει το ίδιο σχεδόν μέγεθος με το μητρικό του άστρο.

Ο νέος αυτός κόσμος, με μάζα εξαπλάσια  του Δία(ο μεγαλύτερος πλανήτης στο Ηλιακό Σύστημα), κάνει μια τροχιά σε, περίπου, 9 μήνες γύρω από το αστέρι VB 10, έναν ερυθρό νάνο με το 1/12 δωδέκατο της μάζας του Ήλιου. Βρίσκεται στον αστερισμό του Αετού και επίσης έχει την υψηλότερη φαινομενική κίνηση στον ουρανό: κινείται 1,5 δευτερόλεπτα του τόξου ανά έτος.

VB10b

Αριστερά: μια καλλιτεχνική απεικόνιση όπου φαίνεται η ομοιότητα στο μέγεθος του πλανήτη με το άστρο του.

Η γωνία αυτή βρέθηκε με μεγάλη ακρίβεια συγκρίνοντας την κίνηση του άστρου σε σχέση με άλλα αστέρια στον ουρανό.

Οι αστρονόμοι της NASA Steven Pravdo και Stuart Shaklan ήταν αυτοί που  ανίχνευσαν την παρουσία του πλανήτη, χρησιμοποιώντας την πρώτη μέθοδο ανίχνευσης των εξωπλανητών: την αστρομετρία.

Με την αστρομετρία ανιχνεύονται οι μικρές ανωμαλίες στην κίνηση ενός άστρου που προκαλούνται από την βαρυτική έλξη του πλανήτη που στρέφεται γύρω του. Αυτό σημαίνει πως σημειώνεται η θέση του άστρου στον ουρανό κατά τη διάρκεια πολλών ετών. Δυστυχώς, παρά τις αρκετές προσπάθειες που έγιναν για τον υπολογισμό άλλων κοντινών μας άστρων, όπως είναι το αστέρι Barnard, η μέθοδος αυτή δεν έφερνε αποτέλεσμα, λόγω της μη σαφούς θέσης των άστρων πάνω στον ουρανό.

Οι Pravdo και Shaklan όμως ξεπέρασαν αυτές τις αβεβαιότητες, χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο των 5 μέτρων στο όρος Πάλομαρ, που είναι εξοπλισμένο με μια διάταξη προσαρμοστικής οπτικής για τη μείωση της ασάφειας των εικόνων που οφείλεται στην ατμοσφαιρική διαταραχή. Επί δώδεκα χρόνια, οι δύο τους σημείωναν σε τακτά χρονικά διαστήματα (δύο έως έξι φορές το χρόνο) τις θέσεις τριάντα γειτονικών άστρων. Από αυτά μόνο το άστρο VB 10 αποκαλύφθηκε ότι έχει πλανήτη. Είναι από τα μικρότερα άστρα γύρω από το οποίο ανιχνεύτηκε ένας εξωπλανήτης. Και οι δύο μάζες (πλανήτη και άστρου), αν και διαφορετικές, δείχνουν παρόμοιο μέγεθος. Ο πλανήτης, που ονομάστηκε VB10b κάνει μια τροχιά παρόμοια με εκείνη του Ερμή γύρω από τον Ήλιο.

Σχετικά άρθρα

1. Νέα μέθοδος για τον εντοπισμό ζωής στους εξωπλανήτες

2. Φωτογραφήθηκε για πρώτη φορά εξωπλανήτης που περιφέρεται γύρω από ήλιο

3. Το διαστημικό τηλεσκόπιο COROT ανακάλυψε τον μικρότερο εξωπλανήτη που έχει βρεθεί μέχρι τώρα

Η κβαντική μηχανική και οι περίεργοι κανόνες της εξηγούν την δομή των ατόμων, του σχηματισμού των χημικών δεσμών, και το πώς τα τρανζίστορ λειτουργούν σαν διακόπτες στους μικροεπεξεργαστές. Είναι παράδοξο, όμως, ότι παρά το όνομα της θεωρίας, οι φυσικοί δεν είχαν ποτέ φτιάξει μια πραγματική μηχανή της οποίας η κίνηση να αιχμαλωτίζει την παραδοξότητα της κβαντικής μηχανικής.

Στοιχειωμένη σύνδεση: Φυσικοί ‘σφυρηλάτησαν’ μια κβαντική σύνδεση που ονομάζεται διεμπλοκή μεταξύ των μηχανικών ταλαντώσεων ενός ζεύγους ιόντων και ενός άλλου μακρινού ζεύγος. Όλο το πείραμα κράτησε 14 χιλιοστά του δευτερολέπτου μόνο.

Η διεμπλοκή ή εμπλοκή είναι ένα παράδοξο κβαντικό φαινόμενο, το οποίο ο ίδιος ο Αϊνστάιν είχε χαρακτηρίσει «στοιχειωμένο», καθώς οι ιδιότητες (πχ το σπιν) δύο σωματιδίων ακόμα και σε μεγάλη απόσταση αλληλοεπηρεάζονται μυστηριωδώς, ακόμα και όταν αυτά απέχουν μεταξύ τους μεγάλες αποστάσεις. Οι φυσικοί ακόμα αγνοούν με ποιο τρόπο τα σωματίδια στέλνουν και μάλιστα με μια ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός μηνύματα το ένα στο άλλο..

Το νέο πείραμα γεφυρώνει το χάσμα ανάμεσα στον εξωπραγματικό κόσμο της κβαντομηχανικής, που βασίζεται στους νόμους των πιθανοτήτων και που οι φυσικοί επιμένουν ότι αποτελεί την «αληθινή» πραγματικότητα, και τους διαφορετικούς κλασικούς ή ντετερμινιστικούς νόμους της φυσικής πραγματικότητας που όλοι αντιλαμβανόμαστε με την καθημερινή εμπειρία μας.

Έτσι, τώρα μια ομάδα από το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) στο Κολοράντο, έχει κάνει ένα βήμα προς αυτή την κατεύθυνση να ‘σφυρηλατήσουν’ μια ευλύγιστη  να διαμορφώσει μια νοητική κβαντομηχανική σύνδεση μεταξύ δύο μικρών συσκευών. Οι συσκευές αυτές δεν μοιάζουν με ηλεκτρικά τρυπάνια ή άλλα γνωστά μηχανήματα, ωστόσο η κάθε μία είναι ένα ζευγάρι ιόντων που ταλαντώνεται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο.

Η σύνδεση που δημιούργησαν οι ερευνητές ονομάζεται διεμπλοκή ή απλά εμπλοκή, και αυτή είχε δημιουργηθεί  από πριν ανάμεσα σε ορισμένες εσωτερικές ιδιότητες των κβαντικών σωματιδίων, όπως είναι το σπιν των ιόντων. Η νέα εργασία εκτείνει αυτή τη σύνδεση με την πραγματική κίνηση των ιόντων, το οποίο είναι ένα είδος μικρο-ανάλογο της αιώρησης ενός εκκρεμούς. "Για πρώτη φορά, η ίδια η μηχανική κίνηση έχει διεμπλακεί», λέει ο Rainer Blatt, πειραματικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Ίνσμπρουκ στην Αυστρία.

Για να την υπολογίσουν οι ερευνητές του NIST έλαβαν υπόψη τους δύο πολύ παράξενες ιδέες της κβαντικής μηχανικής. Πρώτον, ότι ένα αντικείμενο μπορεί να αποτελείται κυριολεκτικά από δύο αντιφατικές καταστάσεις την ίδια περίοδο. Έτσι, το σπιν ενός κβαντικού σωματιδίου – όπως ένα ιόν – μπορεί ταυτόχρονα να έχει δύο αντίθετες κατευθύνσεις – πάνω και κάτω. Αυτή η κατάσταση – η ανάμιξη δύο καταστάσεων συγχρόνως – λέγεται "υπέρθεση" διαρκεί μέχρι κάποιος ερευνητής να μετρήσει το σπιν του ιόντος, οπότε το σπιν του ιόντος αμέσως "καταρρέει" προς τη μία ή την άλλη κατεύθυνση (ή την πάνω ή την κάτω). Και το πιο παράξενο ακόμα είναι ότι δύο ιόντα μπορεί να τεθούν σε αυτές τις αβέβαιες καταστάσεις ή υπερθέσεις και, στη συνέχεια να συνδεθούν μεταξύ τους τα σπιν με ορισμένο τρόπο. Για παράδειγμα, αν μετρηθεί το σπιν του πρώτου ιόντος, οπότε η υπέρθεση καταρρέει. και βρεθεί πάνω τότε και η υπέρθεση του δεύτερου θα καταρρεύσει άμεσα και το σπιν του θα βρεθεί να είναι προς τα κάτω, ακόμη και αν είναι έτη φωτός μακριά από το πρώτο ιόν. Αυτή η σύνδεση ονομάζεται διεμπλοκή και όποιος θεωρεί ότι είναι δύσκολο να το το καταλάβει ας θυμηθούμε τον Αϊνστάιν που την χαρακτήρισε "στοιχειωμένη δράση από απόσταση."

Μέχρι τώρα η κβαντική διεμπλοκή είχε παρατηρηθεί μόνο σε εσωτερικές ιδιότητες μικροσκοπικών συστημάτων, όπως στην πόλωση ενός ζεύγους φωτονίων ή στις τροχιές περιστροφής των ηλεκτρονίων γύρω από τον πυρήνα των ατόμων.

Η ομάδα του NIST με επικεφαλής τον John Jost κατάφερε να δει την διεμπλοκή όχι μόνο σε φωτόνια και ηλεκτρόνια, αλλά σε κάτι πιο χειροπιαστό: στις κινήσεις δύο ζευγαριών ατόμων, δηλαδή σε ένα σύστημα που γενικά υπάρχει παντού στη φύση, όπως η δονούμενη χορδή ενός βιολιού ή το εκκρεμές ενός ρολογιού.

Η κβαντική αυτή διεμπλοκή αφορούσε τέσσερα ιόντα ανά δύο ζεύγη: δύο ιόντα βηρυλλίου και δύο ιόντα μαγνησίου σε απόσταση 240 μικρομέτρων, δηλαδή όσο το πλάτος λίγων τριχών, αλλά μια τεράστια απόσταση για τον ατομικό κόσμο. Χρησιμο
ποίησε δε ηλεκτρικά πεδία για να «χειραγωγήσει» τα τέσσερα ιόντα, σε μια συσκευή που αποκαλείται «παγίδα ιόντων»,

graphic showing the four steps

Στη συνέχεια εφαρμόζεται ένα μαγνητικό πεδίο και 600 παλμούς λέιζερ για να διεμπλακούν τα σπιν μόνο των ιόντων του βηρυλλίου. Μετά από αυτό, όλα τα ιόντα χωρίζονται σε δύο ζεύγη βηρυλλίου – μαγνησίου, που θα είναι οι μηχανικές μικροσυσκευές τους.

Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, το σπιν των δύο ιόντων του βηρυλλίου παρέμεινε σε διεμπλοκή, και στο επόμενο στάδιο οι ερευνητές μετέφεραν αυτή την διασύνδεση (εμπλοκή) στην κίνηση των δύο ζευγών ιόντων. Για να το πετύχουν περιόρισαν κάθε βηρύλλιο με ένα λέιζερ πάλι για να "περιστρέψουν" το σπιν που ήταν προς τα κάτω (το μισό της διχασμένης προσωπικότητας) προς τα πάνω, αφήνοντας όμως το τμήμα με το πάνω σπιν άθικτο. Όμως οι ερευνητές συντόνισαν την ενέργεια του λέιζερ, έτσι ώστε καθώς το τμήμα με το κάτω σπιν της κατάστασης του ιόντος βηρυλλίου άλλαζε, το φως του λέιζερ θα διεγείρει επίσης και τα ιόντα στο ζεύγος για να ταλαντωθούν.

Με αποτέλεσμα κάθε ιόν του βηρυλλίου να κατευθύνεται μόνο πάνω, αλλά κάθε ζεύγος βηρυλλίου -μαγνησίου να μείνει σε μια κατάσταση στην οποία συμβαίνουν και τα δύο : ταλαντεύονται και μη ταλαντεύονται (ανάμικτη κατάσταση). Επιπλέον, επειδή τα δύο σπιν του βηρυλλίου ξεκίνησαν την διεμπλοκή, τα δύο ζεύγη ιόντων που είναι στην ανάμικτη κατάσταση (ταλαντευόμενα και μη ταλαντευόμενα) κατέληξαν να έχουν κι αυτά διεμπλακεί.

Αυτό αναφέρουν οι ερευνητές στο περιοδικό Nature όπου δημοσιεύτηκε η αναφορά τους. .

“Είναι ένα καταπληκτικό πείραμα", λέει ο φυσικός Jack Harris του Πανεπιστημίου Γέηλ,, που προσπαθεί να δείξει κβαντικά φαινόμενα σε ακτίνες που πάλλονται  και άλλες "μακροσκοπικές" μηχανικές συσκευές. Στο πείραμα αυτό όμως εξηγεί αν και γίνεται διεμπλοκή της μηχανικής κίνησης, τα ιόντα τους εξακολουθούν να είναι ακόμα κβαντικά σωματίδια κι όχι μακροσκοπικά. Ο Harris ελπίζει να δοκιμάσει του κατά πόσον ορισμένες αρχές, που ως τώρα δεν έχουν βρεθεί ακόμα, απαγορεύει την κβαντική ‘παραξενιά’ σε αντικείμενα που περιέχουν πολλά δισεκατομμύρια άτομα.

Από την πλευρά τους, NIST ερευνητές ελπίζουν να χρησιμοποιούν τα ιόντα σε έναν κβαντικό υπολογιστή που, χάρη στην κβαντική ‘παραξενιά’, θα μπορούσε να λύσει τα προβλήματα που έχουν οι συμβατικοί υπολογιστές. Ωστόσο, για να γίνει ένας κβαντικός υπολογιστής σαφώς είναι πιο δύσκολο από ό,τι μία υποτυπώδης κβαντική μηχανή.

Πηγή: ScienceNOW

Σχετικά άρθρα

1. Οι επιστήμονες καταδεικνύουν την κβαντική φύση της ανταλλαγής της εμπλοκής

2. Προχωράει η κβαντική τηλεμεταφορά

3. Για πρώτη φορά έγινε τηλεμεταφορά με άτομα

4. Φυσικοί μαθαίνουν πως να κάνουν τηλεμεταφορά και κβαντικό τηλεκλωνισμό συγχρόνως

Μια ερευνητική ομάδα υποστηρίζει ότι ένας μαζικός βομβαρδισμός μετεωριτών στη νεαρή Γη μετέφερε αρκετό νερό και διοξείδιο του άνθρακα ώστε να δημιουργηθούν οι προϋποθέσεις του σχηματισμού της ζωής.

Ο τεράστιος βομβαρδισμός μετεωριτών πριν δισεκατομμύρια χρόνια, θα μπορούσε να έχει μεταφέρει αρκετό νερό και διοξείδιο του άνθρακα τόσο ώστε να ξεκινήσει εκείνη η χημεία που να επέτρεψε επέτρεψε στη Γη να εξελιχθεί στον βιολογικό κήπο του ηλιακού συστήματος.

Μελετώντας μετεωρίτες και άλλα στοιχεία από αυτό το βομβαρδισμό, μια ομάδα ερευνητών στο Imperial College έχει υπολογιστεί ότι οι μετεωρίτες θα μπορούσαν να έχουν μεταφέρει 10 δισεκατομμύρια τόνους υδρατμούς καθώς και διοξείδιο του άνθρακα στη νεαρή Γη κάθε χρόνο επί εκατομμύρια χρόνια.

Η ποσότητα αυτή του νερού είναι, περίπου, 10-πλάσια της ημερήσιας ροής του Μισισιπή, ενώ το διοξείδιο του άνθρακα θα ήταν αρκετό για να δημιουργήσει τέτοιο φαινόμενο θερμοκηπίου που τελικά να κάνει τη Γη ζεστή και αρκετά υγρή για να φιλοξενήσει φυτά και ζωντανά πλάσματα. Εν τω μεταξύ, οι άλλοι πλανήτες ξεκίνησαν με βασανιστήρια από την φωτιά και τον πάγο.

Βεβαίως αυτή δεν είναι η πρώτη φορά που οι επιστήμονες έχουν υποθέσει ότι τα συστατικά για τη ζωή στη Γη θα μπορούσαν να έχουν παραδοθεί από ένα είδος κοσμικού ταχυδρομικού συστήματος τότε που η Γη φτιάχτηκε. Τόσο οι αστεροειδείς όσο και οι κομήτες έχουν προταθεί ως κομιστές του νερού, καθώς και οργανικών ενώσεων πάνω στη Γη.

Αυτό όμως που διακρίνει τη νέα έρευνα, που δημοσιεύτηκε στο Geochimica et Cosmochimica Acta, είναι η πρόταση για το πότε και πώς η Γη παρέλαβε την αποστολή του ζωοποιού υλικού.

Ανάγνωση του υπολοίπου…

Επιστήμονες του διαστήματος παρουσίασαν τα σχέδια για μια γερμανική αποστολή στο φεγγάρι, με μια ρομποτική συσκευή που θα προσεδαφιστεί στο φεγγάρι το αργότερο μέχρι το 2018 καθώς και διαστημικά  "οχήματα" που θα προσγειωθούν δύο χρόνια αργότερα.

Ο Peter Kyr, επικεφαλής της ομάδας των διαστημικών πτήσεων και ειδικός της διαστημικής εταιρείας EADS-Astrium, δήλωσε πως η λεπτομερή μελέτη για την ανάπτυξη ενός ρομποτικού σκάφους που θα προσεδαφιστεί θα ξεκινήσει τον επόμενο μήνα. Το έργο αυτό θα χρηματοδοτηθεί από την DLR, τη γερμανική αεροδιαστημική υπηρεσία.

Ο Kyr λέει ότι η Γερμανία χρειάζεται να ανακαλύψει τις κατάλληλες τεχνολογίες που χρειάζονται για μια ‘μαλακή’ προσεδάφιση χωρίς κανένα έλεγχο από τη Γη. Η αυτοματοποιημένη ρομποτική συσκευή θα χρησιμοποιεί οπτικούς αισθητήρες για την προσεδάφιση με ένα εξ ολοκλήρου δικό του έλεγχο.

Η EADS-Astrium έχει ήδη αναπτύξει ένα διαστημικό ‘φορτηγό’, το ATV, και τον τελικό όροφο του πυραύλου Ariane 5 που θα εκτοξεύσει το σεληνιακό ρομπότ.

Εάν όλα γίνουν με επιτυχία τότε το δοκιμαστικό αυτοματοποιημένο ρομπότ θα μπορούσε να πάει στο φεγγάρι μεταξύ 2016 και 2018. Μάλιστα οι γερμανοί λένε ότι το σχέδιο αυτό δεν είναι ανταγωνιστικό με άλλες ευρωπαϊκές προσπάθειες για να φτάσουμε στο φεγγάρι, αλλά θα είναι συμπληρωματικό.

Η Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος (ESA) πρότεινε το φεγγάρι να χρησιμοποιηθεί ως βάση για να εξερευνήσουμε το Ηλιακό Σύστημα. Ένας στέλεχος της EADS-Astrium, ο Michael Menking, δήλωσε πως η μελέτη για το φεγγάρι θα μπορούσε επίσης να μας αποκαλύψει πολλά για την προέλευση της Γης.

Οι πολιτικοί εδώ και καιρό έχουν κατηγορηθεί ότι βάζουν πρώτα την δημοτικότητα τους μπροστά από τις σωστές πολιτικές δράσεις – αλλά τώρα μια μελέτη από φυσικούς στην Ιταλία προτείνει ότι αυτή είναι μια άριστη στρατηγική για τις εκλογές. Οι ερευνητές ανέλυσαν τα αποτελέσματα πέντε εκλογών με αναλογικό σύστημα και με ‘ανοικτές λίστες’ υποψηφίων, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι οι ψηφοφόροι είναι πιθανότερο να ψηφίσουν υποψηφίους για τους οποίους ο κόσμος αναφέρεται ευνοϊκά, παρά εκείνους με τις πιο ελκυστικές πολιτικές προτάσεις.

Στις χώρες που υιοθετούν την απλή αναλογική στις εκλογές με ανοικτούς καταλόγους υποψηφίων, τα κυβερνητικά κόμματα δίνουν στους ψηφοφόρους σε κάθε περιοχή μια λίστα με υποψηφίους. Την ημέρα των εκλογών, οι πολίτες ψηφίζουν και για το κόμμα και για τον βουλευτή από εκείνο το κόμμα. Ο αριθμός των εδρών σε κάθε περιοχή μοιράζεται αναλογικά με τους ψήφους των κομμάτων, και από τα κόμματα επιλέγονται όσοι πήραν τους περισσότερους σταυρούς. Και το κόμμα με τις περισσότερες ψήφους κερδίζει.

Οι Santo Fortunato και Claudio Castellano από το πανεπιστήμιο της Ρώμης εξέτασαν τα δεδομένα των εκλογών από το 1958, το1972 και το 1987 στην Ιταλία, το 2003 στη Φινλανδία και το 2005 στην Πολωνία, που χρησιμοποιούν αυτό το σύστημα των εκλογών. Άρχισαν χαράσσοντας την κατανομή του αριθμού των ψήφων που έλαβαν οι υποψήφιοι, έστω V. Έπειτα υπέθεσαν ότι, εκτός από το V, η κατανομή θα επηρεαζόταν από τον αριθμό των υποψηφίων σε κάθε κόμμα και το συνολικό αριθμό ψήφων του κόμματος. Στην πράξη, διαπίστωσαν ότι το ιστόγραμμα εξαρτιόταν από τη σχέση των δύο ποσοτήτων – με άλλα λόγια, το μέσο αριθμό ψήφων που που έλαβε ένας υποψήφιος του κόμματος, έστω v0.

Αυτό όμως δεν εκπλήσσει επειδή απλά σημαίνει ότι, παραδείγματος χάριν, οι υποψήφιοι από ένα πιο δημοφιλές κόμμα με υψηλότερο v0 θα έπαιρναν γενικά περισσότερους ψήφους. Εντούτοις, μετά από μια πιο στενή εξέταση οι δύο ερευνητές συνειδητοποίησαν ότι η κατανομή δεν εξαρτιόταν από τα v και v0 ξεχωριστά, αλλά μόνο το λόγο v/v0 – ένα μέτρο της απόδοσης ενός υποψηφίου συγκρινόμενο με τους άλλους υποψηφίους του κόμματος του.

Εντυπωσιάστηκαν δε όταν σχεδίασαν το ιστόγραμμο αυτής της μοναδικής παραμέτρου (το λόγο v/v0) και για τις πέντε εκλογές, και διαπίστωσαν ότι όλοι έπεφταν σχεδόν ακριβώς πάνω στην ίδια καμπύλη. Αυτό λοιπόν δείχνει ότι δεν υπήρχε ζήτημα, παραδείγματος χάριν, πόσο διαφορετικές είναι οι πολιτικές προτάσεις μεταξύ των κομμάτων, γιατί η κατανομή των ψήφων θα παραμείνει αμετάβλητη.

"Οι εκλογές που εξετάστηκαν εκτείνονται σε μια περίοδο 30 ετών, στην οποία έχουν εμφανιστεί μεγάλοι πολιτιστικοί, οικονομικοί και κοινωνικοί μετασχηματισμοί", γράφουν στην εργασία τους οι ερευνητές. "Δεν υπάρχει κανένας υπαινιγμός γι αυτά στην παράσταση των στοιχείων".

Συζήτηση με φίλους

Στην προσπάθεια να εξηγηθεί αυτή η καθολική κατανομή, οι Fortunato και Castellano υπέθεσαν ότι ένας υποψήφιος κερδίζει σε δημοτικότητα, και ως εκ τούτου ψήφους, μέσω μιας στενής επαφής που έχει με τους ψηφοφόρους του. Θεώρησαν λοιπόν ότι κάθε υποψήφιος είναι στην κορυφή μιας δενδροειδούς δομής, που πείθει ένα μικρό αριθμό στενών φίλων για να τους ψηφίσουν με μια ορισμένη πιθανότητα, οι οποίοι στη συνέχεια θα διέδιδαν την υποψηφιότητα του σε περισσότερους ανθρώπους, και ούτω καθεξής. Ο αριθμός των επαφών που θα είχε κάθε υποψήφιος προκειμένου να διαδώσει την πολιτική του θα είχε μια δική της κατανομή, που οι ερευνητές υπέθεσαν ότι θα ακολουθεί ένα ‘ισχυρό νόμο’ μιας γενικής παραμέτρου α.

Οι Fortunato και Castellano προσομοίωσαν αυτήν την δομή για διαφορετικές τιμές της πειστικής πιθανότητας, που είναι ο ελάχιστος αριθμός των επαφών που ένα θα μπορούσε να έχει πρόσωπο, αλλά και της παραμέτρου α. Έτσι ανακάλυψαν ότι η προσομοίωσή τους θα μπορούσε να αντιγράψει ακριβώς την καμπύλη που κρύβεται κάτω από τις πέντε διαφορετικές εκλογές.

Αυτό, ισχυρίζονται, αποδεικνύει ότι οι υποψήφιοι στις εκλογές με αναλογική τις κερδίζουν λόγω των προσωπικών συζητήσεων που έχουν με τους εν δυνάμει ψηφοφόρους τους κι όχι με την πολιτική που εκφράζουν. 

Οι ερευνητές κοιτάζουν τώρα να δουν εάν το μοντέλο των προφορικών συζητήσεων ταιριάζει και με άλλες εκλογές, όπως είναι οι τοπικές εκλογές για δημάρχους. "Τα προκαταρκτικά αποτελέσματα δείχνουν ότι οι δημοτικές εκλογές στη Ρώμη, στο Σάο Πάολο και στο Ρίο ντε Τζανέιρο δίνουν αποτελέσματα κα
τάλληλα για την καμπύλη μας", λέει ο Fortunato.

Πηγή: PhysicsWeb

Οι αστροφυσικοί που αναζητούν τα βαρυτικά κύματα θα πρέπει να στοχεύσουν πάνω στα όρη των άστρων νετρονίων, σύμφωνα με μια νέα υπολογιστική μελέτη στις ΗΠΑ. Η μελέτη δείχνει επίσης ότι ο φλοιός ενός αστέρα νετρονίων είναι 10 δισεκατομμύρια φορές ισχυρότερος από τον χάλυβα – και γι αυτό οι ερευνητές τονίζουν ότι αν κατανοήσουμε γιατί συμβαίνει αυτό, θα μας οδηγούσε στην ανάπτυξη ισχυρότερων υλικών εδώ στη Γη


Ο ανιχνευτής LIGO θα μπορεί να ανιχνεύσει βαρυτικά κύματα από τα άστρα νετρονίων.

Η Γενική Σχετικότητα προβλέπει ότι οι μικροσκοπικές διακυμάνσεις στην δομή του χωροχρόνου γνωστές ως βαρυτικά κύματα δημιουργούνται όταν επιταχύνεται ένα τεράστιο αντικείμενο. Οι ερευνητές παρατηρούν το διάστημα για να ανιχνεύσουν τα κύματα της βαρύτητας, διότι μόνο τα σώματα με πολύ μεγάλη μάζα στο σύμπαν μπορούν να δημιουργήσουν κύματα με μετρήσιμα πλάτη. Ωστόσο, αυτές οι διακυμάνσεις εξακολουθούν να είναι τόσο αδύναμες που δεν έχουν διαπιστωθεί ποτέ μέχρι σήμερα.

Ένα τέτοιο αντικείμενο είναι ένα αστέρι νετρονίων, που είναι ο εξαιρετικά πυκνός πυρήνας ενός αστέρα που κατέρρευσε και στον οποίο τα περισσότερα από τα πρωτόνια με τα ηλεκτρόνια στο εσωτερικό των ατόμων της κανονικής ύλης έχουν εξαναγκαστεί να ενωθούν μαζί για να σχηματίσουν νετρόνια.

Ανάγνωση του υπολοίπου…

Οι σύγχρονοι άνθρωποι homo sapiens που βρίσκονται εκτός της Αφρικής οφείλουν την ύπαρξή τους στην επιβίωση μιας και μόνης φυλής από περίπου 200 ανθρώπους, οι οποίοι διέσχισαν την Ερυθρά Θάλασσα πριν 70.000 χρόνια. Αυτό ήταν το συμπέρασμα μιας έρευνας που διεξήχθη από γενετιστές και αρχαιολόγους.

Η έρευνα τους επέτρεψε να εντοπίσουν την προέλευση των σύγχρονων homo sapiens σε μια ενιαία ομάδα ανθρώπων, που κατάφεραν να περάσουν από το Κέρας της Αφρικής προς την Αραβία. Και από εκεί αποίκισαν τον υπόλοιπο κόσμο.

Η γενετική ανάλυση του πληθυσμού των σημερινών ανθρώπων στην Ευρώπη, την Ασία, την Αυστραλία, τη Βόρεια Αμερική και τη Νότια Αμερική έδειξε ότι όλοι είναι απόγονοι αυτών των κοινών προγόνων.

Τα πορίσματα τους θα αποκαλυφθούν σε μια νέα σειρά ντοκιμαντέρ του BBC, με τίτλο “Το απίστευτο Ανθρώπινο Ταξίδι”, που ψάχνει την προϊστορική προέλευση του ανθρώπινου είδους.

Ο Peter Forster, ένας αρχαιογενετιστής στο Πανεπιστήμιο Anglia Ruskin στο Κέιμπριτζ που πραγματοποίησε κάποιο από το γενετικό έργο, δήλωσε: "Ο ιδρυτικός πληθυσμός δεν μπορεί να είναι πολύ μεγάλος. Μιλάμε για μόλις μερικές εκατοντάδες άτομα."


Στην Ανατολική Αφρική τα πρώτα ίχνη του Homo Sapiens

Ο homo sapiens ή έμφρων άνθρωπος, θεωρείται ότι έχει εμφανιστεί αρχικά πριν 195.000 χρόνια περίπου στην Ανατολική Αφρική – τα παλαιότερα κατάλοιπα – ίχνη από αυτή την εποχή ανακαλύφθηκαν κοντά στον ποταμό Omo στην Αιθιοπία.

Εκτιμάται ότι πριν 150.000 χρόνια, αυτοί οι πρόγονοι του σύγχρονου ανθρώπου είχαν καταφέρει να εξαπλωθούν σε άλλα μέρη της Αφρικής και μάλιστα έχουν βρεθούν απολιθωμένα ίχνη στο Ακρωτήριο της Καλής Ελπίδας στη Νότια Αφρική.

Οι πρώτοι  homo sapiens που βρέθηκαν έξω από την Αφρική ανακαλύφθηκαν στο Ισραήλ και θεωρείται ότι έγινε περίπου πριν 100.000 χρόνια. Θεωρούνται ότι είναι κατάλοιπα μιας ομάδας που εγκατέλειψε την Αφρική μέσω της σημερινής ερήμου Σαχάρας, κατά την διάρκεια μιας σύντομης χρονικής περιόδου, όταν το κλίμα ήταν πιο υγρό και η σημερινή έρημος ήταν πράσινη από βλάστηση. Σύντομα όμως το κλίμα άλλαξε και η Σαχάρα – Μέση Ανατολή έγιναν ξανά άνυδρες περιοχές. Έτσι η έξοδος του πρωτοπόρου εκείνου πληθυσμού από την Αφρική απέτυχε, ενώ πέθαναν όλοι τους όταν το κλίμα έγινε ξερό.

Ενώ υπάρχουν στην Αφρική 14 διαφορετικοί πληθυσμοί από γενετική πλευρά, μόνο ένας από αυτούς φαίνεται πως επιβίωσε εκτός της Αφρικής.

Το μακρύ ταξίδι του Homo Sapiens

Οι πιο πρόσφατες γενετικές έρευνες δείχνουν ότι τα πράγματα παρέμειναν στάσιμα, ώσπου 70.000 χρόνια περίπου πριν οι άνθρωποι στην Αφρική εκμεταλλεύθηκαν την υποχώρηση της στάθμης των νερών της θάλασσας και πέρασαν στην Αραβία από το στόμιο της Ερυθράς Θάλασσας (που είναι γνωστό ως Gate of Grief).

Εκείνη την εποχή το θαλάσσιο χάσμα των 30 χιλιομέτρων μεταξύ των δύο ηπείρων θα είχε μειωθεί σε μόλις 13 χιλιόμετρα. Δεν είναι σαφές πώς θα μπορούσε να γίνει ένα τέτοιο ταξίδι, αλλά οι αρχαίοι πρόγονοι μας τα κατάφεραν. Έτσι, οι άνθρωποι ήταν σε θέση να εξαπλωθούν κατά μήκος της Αραβικής ακτής όπου οι πηγές του γλυκού νερού τους βοήθησαν να επιζήσουν.

Εδώ και καιρό ήταν δεδομένο ότι η επιτυχία στην διάδοση των ανθρώπων σε όλο τον κόσμο οφείλεται στην προσαρμοστικότητα και τις δεξιότητες στο κυνήγι. Η τελευταία έρευνα, ωστόσο, δείχνει ότι η πολύ μικρή ομάδα των ριψοκίνδυνων πρωτοπόρων που έφυγε από την Αφρική το χρωστάει περισσότερο στην τύχη και στις ευνοϊκές κλιματικές συνθήκες που συνάντησε, από ό,τι προηγουμένως πιστεύαμε.

Ο Stephen Oppenheimer, γενετιστής στη Σχολή της Ανθρωπολογίας στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, που μετείχε της έρευνας για τη γενετική προέλευση των ανθρώπων έξω από την Αφρική, δήλωσε: "Αυτό που  μπορούμε να δούμε από το DNA όλων των μη Αφρικανών είναι ότι όλα αυτοί ανήκουν σε μια μικρή ομάδα  της Αφρικής που ήρθε από την Ερυθρά Θάλασσα. Αν ήταν εύκολο για τους τότε Αφρικανούς να κάνουν αυτό το πέρασμα, τότε σήμερα θα υπήρχαν στους σημερινούς μη Αφρικανούς γονιδιακά ίχνη από πολλαπλές αφρικανικές γενετικές ομάδες. Ωστόσο υπάρχουν ίχνη από μια και μόνο αφρικανική γενετική ομάδα, και συνεπώς πρέπει να υπήρξε μία και μόνη πετυχημένη έξοδος αφρικανών homo sapiens. Και η μία έξοδος δείχνει ότι πρέπει να ήταν πολύ δύσκολο και σκληρό να φύγουν από εκεί. Οι συνθήκες που ήταν πολύ ψυχρές κα
ι γεμάτο ξηρασία θα τους εμπόδιζαν”.

Μέσα σε περίπου 5.000 χρόνια κάποιοι από αυτούς τους πρώτους πρωτοπόρους ανθρώπους είχαν καταφέρει να εξαπλωθούν γύρω από την άκρη του Ινδικού Ωκεανού και να κατέβουν μέσα από τη Νοτιοανατολική Ασία και να φθάσουν στην Αυστραλία περίπου πριν 65.000 χρόνια.

Μερικοί πάλι από αυτούς τους πρωτοπόρους έκαναν πορεία προς τα βόρεια μέσω της Μέσης Ανατολής και του Πακιστάν για να καταφέρουν να φθάσουν στην Κεντρική Ασία.

Στην Ευρώπη και Αμερική

Περίπου 50.000 χρόνια πριν, αυτοί άρχισαν να εξαπλώνονται στην Ευρώπη μέσω των Στενών του Βοσπόρου στην Κωνσταντινούπολη. Και πάλι τα χαμηλά επίπεδα της θάλασσας τους επέτρεψαν να περπατήσουν σχεδόν προς την Ευρώπη.

Εκεί συνάντησαν τους Νεάντερνταλ, οι οποίοι, με τα μεγαλύτερα σώματα ήταν περισσότερο προσαρμοσμένοι στον ψυχρό καιρό εκείνης της εποχής, που ζούσαν στην Ευρώπη για σχεδόν 250.000 χρόνια αλλά θεωρείται ότι εξαφανίστηκαν εξαιτίας των αλλαγών του κλίματος.

25.000 χρόνια πριν οι άνθρωποι είχαν εξαπλωθεί στην Σιβηρία και την Βόρεια Ευρώπη και στη συνέχεια περπάτησαν προς τον Βερίγγειο Πορθμό, που έπαιξε το ρόλο της γέφυρας προς την Αλάσκα πριν περίπου 20.000 χρόνια.

Με τον ερχομό της τελευταίας Εποχής των Παγετώνων, περίπου πριν 19.000 χρόνια, οι ανθρώπινοι πληθυσμοί αναγκάστηκαν να περάσουν νότια λόγω του ακραίου κρύου που επικρατούσε. Τέλος πριν περίπου 15.000 χρόνια η Νότιος Αμερική έγινε η τελευταία ήπειρος στον πλανήτη μας στην οποία δημιούργησε ο άνθρωπος αποικίες.

Η Βρετανία και η Βόρεια Σκανδιναβία θεωρείται ότι έχουν αποικισθεί από τον σύγχρονο άνθρωπο μετά από την τελευταία Εποχή των Παγετώνων μεταξύ 10.000 και 8.000 ετών πριν.

Η Alice Roberts, μια ανατόμος στο Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ, που παρουσιάζει το Απίστευτο Ανθρώπινο Ταξίδι, δήλωσε: «Φαίνεται ότι είχαν οι άνθρωποι εκείνοι τεράστια τύχη καθώς την κατάλληλη στιγμή – με το κλίμα σύμμαχο τους – βγήκαν από την Αφρική. Το κλίμα λοιπόν τους επέτρεψε να εξαπλωθούν γεωγραφικά σε ένα κατάλληλο χρονικό διάστημα, γιατί μετά από λίγο το κλίμα άλλαξε. "

Και οι Κινέζοι κατάγονται από τους Αφρικανούς

Αυτή η επιστημονική προσέγγιση της Εξόδου από την Αφρική απορρίπτει την ανταγωνιστική θεωρία ότι οι διαφορετικές σημερινές ανθρώπινες φυλές εξελίχτηκαν ξεχωριστά, έλκοντας την καταγωγή τους από διαφορετικές ομάδες των προγόνων των homo sapiens, δηλαδή των homo erectus, οι οποίοι είχαν επεκταθεί σε διάφορα σημεία του πλανήτη.

Κινέζοι αρχαιολόγοι, για παράδειγμα, πίστευαν ότι διέθεταν ισχυρές ενδείξεις πως ο κινεζικός λαός δεν έλκει την καταγωγή του από την Αφρική, αλλά από μια ομάδα homo erectus που έφθασε στην Κίνα πριν περίπου 2 εκατ. χρόνια.

Όμως μια πρόσφατη γενετική έρευνα που έγινε από το πανεπιστήμιο Fudan στη Σαγκάη, υπό τον καθηγητή της γενετικής Li Jin που μελέτησε τα χρωμοσώματα Υ 12.000 σύγχρονων Κινέζων από όλη την Κίνα, διαπίστωσε ότι όλοι ανεξαιρέτως κατάγονται από μια προγονική αφρικανική ομάδα – την ίδια από την οποία κατάγονται και οι υπόλοιποι Ασιάτες, Ευρωπαίοι και Αμερικανοί.

Όπως δήλωσε ο κινέζος γενετιστής Li Jin, "δεν βρήκαμε ούτε ένα άτομο στην Κίνα που να μπορεί να θεωρηθεί απόγονος του homo erectus. Νομίζω ότι πρέπει να είμαστε χαρούμενοι με αυτό, καθώς, σε τελευταία ανάλυση, σημαίνει πως οι άνθρωποι σε όλο τον κόσμο δεν είναι καθόλου διαφορετικοί μεταξύ τους".

Πηγή: Telegraph

Σχετικά άρθρα

Η καταγωγή και η εξέλιξη του Ανθρώπινου Γένους

Έκλεισαν 10 χρόνια από την εκτόξευση του δορυφόρου της NASA Earth Observatory. Επί 10 χρόνια παρακολουθεί πως μεταβάλλεται το φυσικό περιβάλλον της Γης, από τις φωτιές που καίνε τα τροπικά δάση έως τις καταστροφές των υδάτινων συστημάτων. Οι εικόνες και τα στοιχεία του πλανήτη μας όπως λαμβάνονται από τους δορυφόρους της NASA αποτυπώνουν καθημερινά το μέγεθος των περιβαλλοντικών καταστροφών.

Έτσι στην ιστοσελίδα  της http://earthobservatory.nasa.gov  μπορεί να δει κάποιος τις άμεσες αλλαγές της εικόνας του πλανήτη από το 1999 έως το 2009.

Από τις λίμνες που στραγγίζουν, τα δάση που εξαφανίζονται, την καταστροφή του όζοντος, την τήξη των πάγων στην Αρκτική και Ανταρκτική, τα έλη στη Μεσοποταμία, την δραστηριότητα του Ήλιου, τις φωτιές στα δάση, τις καταστροφικές καταιγίδες, τις ηφαιστειακές εκρήξεις και σεισμούς, τις ξηρασίες , την αύξηση της θερμοκρασίας έως τα νησιά που γεννιούνται από το πουθενά,  βλέπουμε πως ο κόσμος μας μέρα με τη μέρα δεν είναι πια ο ίδιος. Με αφορμή τη δέκατη επέτειο η NASA παρουσίασαν δορυφορικές φωτογραφίες από τα μέρη όπου οι ανθρώπινες παρεμβάσεις έχουν αλλάξει δραματικά το περιβάλλον, στο τμήμα World of Change

Από τις πιο συγκλονιστικές περιβαλλοντικές καταστροφές τις έχει υποστεί η λίμνη Αράλη, που βρίσκεται ανάμεσα στο Καζακστάν και το Ουζμπεκιστάν και παλιότερα θεωρούταν η τέταρτη πιο μεγάλη λίμνη στον κόσμο με τα 68.000 στρέμματα της επιφάνειάς της. Από τη δεκαετία του ’60, που η Σοβιετική Ενωση άρχισε να αλλάζει πορεία στις πιο σημαντικές εκβολές της λίμνης για να ποτίζει μεταξύ άλλων τις τεράστιες φυτείες βαμβακιού, η επιφάνεια της γιγάντιας λίμνης άρχισε να συρρικνώνεται.

Η βιόσφαιρα

Επίσης, η αλλαγή των τροπικών δασών στην περιοχή Ροντόνια του Αμαζονίου. Η διαδικασία της αποψίλωσης δεν έχει σταματήσει ποτέ  και σε μεγάλο βαθμό οφείλεται στους κτηνοτρόφους, αλλά και τις πολυεθνικές επιχειρήσεις αγροτικών τροφίμων. Σύμφωνα με τους ερευνητές της NASA, τα τελευταία τριάντα χρόνια έχουν καταστραφεί συνολικά 67.764 στρέμματα τροπικού δάσους.

Στα μέσα της δεκαετίας του ‘60 ο ποταμός Κολοράντο, στα βόρεια του Λας Βέγκας, φράχτηκε. Το αποτέλεσμα ήταν η λίμνη Πάουυελ, μία τεράστια κοιλότητα που παρέχει πόσιμο νερό σε περιοχές της Γιούτα, της Αριζόνα, αλλά και της μακρινής Καλιφόρνιας. Σε φωτογραφίες που τράβηξε το 1999 ο δορυφόρος της NASA «Landsat 5» μπορούσε να διακρίνει κανείς μία τεράστια λίμνη με μεγάλες εκβολές Μόλις έξι χρόνια αργότερα όμως, η κατάσταση άλλαξε ριζικά: εξαιτίας της ασταμάτητης άντλησης το επίπεδο του νερού έχει κατέβει δραματικά.  

Ενα τελευταίο χαρακτηριστικό παράδειγμα της ανθρώπινης παρέμβασης και αλλοίωσης του περιβάλλοντος αποτελούν και οι εικόνες από το Ντουμπάι. Εδώ και αρκετά χρόνια ξεκίνησε η κατασκευή του δημοφιλούς πλέον νησιού σε σχήμα φοίνικα, του Jumeirah Palm Island, του πρώτου εκ των τριών που προβλέπει το σχέδιο. Η διαδοχή των φωτογραφιών στην ιστοσελίδα του Nasa Earth Observatory αποκαλύπτει πώς γεννιέται το πιο μεγάλο νησί στον κόσμο που έχει κατασκευαστεί ποτέ από τον άνθρωπο.

Αναρτήθηκε από: physics4u | 05/06/2009

Ο μαγικός βολβός από την έκρηξη ενός άστρου

NGC 7635 Parallel Vision by JP Metsavainio

Το Νεφέλωμα της Φυσαλίδας ή NGC 7635 με το άστρο στο κέντρο της όπως το φωτογράφησε ο JP Metsavainio.

Μακριά στον αστερισμό της Κασσιόπειας κάπου 11.300 έτη φωτός από τη Γη, ένα αστέρι με μάζα 40-πλάσια αυτής του Ήλιου μας ανατινάχθηκε σχηματίζοντας μια γιγάντια φυσαλίδα από το δικό του υλικό στο διάστημα. Ο αστρικός άνεμος παρασύρει τα αέρια υλικά του άστρου σχηματίζοντας αυτό το καταπληκτικό Νεφέλωμα της Φυσαλίδας, το οποίο ανακαλύφθηκε το 1787 από τον αστρονόμο Friedrich Wilhelm Herschel.

Μέσα στη μαγική αυτή μπλε σφαίρα, το γιγάντιο άστρο καίγεται με μια μπλε έντονη φλόγα – οπότε σχηματίζεται ένας περίβλημα διαμέτρου 6 ετών φωτός από τα θερμά αέρια γύρω του, που διαστέλλονται προς τα έξω με ταχύτητα 6 εκατομμυρίων χιλιομέτρων την ώρα.

Πηγή: UniverseToDay

Αναρτήθηκε από: physics4u | 05/06/2009

Η εξήγηση του πειράματος της Lene Hau

Το νέφος των ατόμων του νατρίου

Για να παγώσει το φως η ομάδα της Lene Vestergaard Hau πρέπει αρχικά να παράγει ένα υπέρψυχρο νέφος ατόμων Νατρίου – με τυπικές διαστάσεις 0,2 mm μήκος και 0,05 mm διάμετρο – παγιδευμένα με τη βοήθεια ενός μαγνητικού πεδίου και σε θερμοκρασία ενός εκατομμυριοστού του βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν.

Τα άτομα του νατρίου ψύχονται με ένα συνδυασμό δεσμών λέιζερ, μαγνητικών πεδίων και ραδιοκυμάτων. Τα άτομα βγαίνουν κατ’ αρχήν από μια θερμή πηγή ως δέσμη μεγάλης έντασης με ταχύτητες της τάξης των 2.600 χλμ/ώρα. Μια δέσμη λέιζερ χτυπάει τα άτομα κεντρικά και σε ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου τους κατεβάζει την ταχύτητα σε 160χλμ/ώρα – μια επιβράδυνση 70.000 φορές αυτήν της βαρύτητας από μια δέσμη λέιζερ που δεν μπορεί να κάψει ούτε το δάχτυλό σας. Ακόμη μεγαλύτερη ψύξη με λέιζερ επιτυγχάνεται με οπτικές μολάσσες – 6 δέσμες αγκαλιάζουν τα άτομα απ’ όλες τις μεριές – και κατεβάζουν τη θερμοκρασία περίπου στα 50 χιλιοστά του βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν. Σε λίγα δευτερόλεπτα συγκεντρώνουμε 10 δισεκατομμύρια άτομα μέσα στις μολάσσες. Στη συνέχεια οι επιστήμονες σβήνουν τις δέσμες λέιζερ, βυθίζοντας το εργαστήριο σε απόλυτο σκοτάδι και δουλεύουν με ηλεκτρομαγνήτες, των οποίων η συνδυασμένη δράση συγκρατεί τα άτομα σε μια παγίδα. Για 38 δευτερόλεπτα ψύχουν τα άτομα με εξάτμιση, απομακρύνοντας τα θερμότερα εξ αυτών και κρατώντας τα πιο ψυχρά. Κατάλληλα συντονισμένα ραδιοκύματα, βοηθούν να επισπεύσουν την απομάκρυνση των θερμών ατόμων. Όλη αυτή η διαδικασία, από την θερμή δέσμη ατόμων, μέχρι την παγίδευση των ψυχρών μόνο ατόμων εξελίσσεται μέσα σ’ ένα θάλαμο κενού όπου επικρατεί πίεση μόλις 10-14 (10 τετράκις εκατομμυριοστά) της ατμοσφαιρικής πίεσης. 

Όταν ψύχεται το νέφος, περίπου, στα 500 δισεκατομμυριοστά του βαθμού Κέλβιν, σχηματίζεται ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein, μια πολύ παράξενη κατάσταση της ύλης στην οποία τα αρκετά εκατομμύρια των ατόμων που απέμειναν μετά την εξάτμιση της ψυκτικής διαδικασίας, συμπεριφέρονται κατά τελείως συγχρονισμένο τρόπο. Αυτά τα υπέρ- ψυχρά νέφη ατόμων, που αιωρούνταν ελεύθερα στη μέση του θαλάμου κενού με τη βοήθεια ενός μαγνητικού πεδίου, είναι οι πιο ψυχρές περιοχές του Σύμπαντος. Το εκπληκτικό είναι πως η υπόλοιπη εγκατάσταση του πειράματος, σε απόσταση ενός εκατοστομέτρου από το νέφος βρισκόταν σε θερμοκρασία δωματίου. Τα παράθυρα του θαλάμου που έκλειναν αεροστεγώς μας επέτρεπαν να βλέπουμε τα άτομα απευθείας με τα μάτια μας κατά τη διαδικασία της ψύξης. Ένα νέφος ατόμων μέσα στην οπτική μολάσσα μοιάζει με ένα μικρό λαμπερό ήλιο, διαμέτρου 5 χιλιοστομέτρων. ΜΙα τόσο εύκολη οπτική επαφή με το αντικείμενό μας, μας επιτρέπει να χειραγωγούμε τα άτομα όπως εμείς θέλουμε. 

Το νάτριο επιλέχτηκε γιατί έχει ένα μόνο ηλεκτρόνιο στη στιβάδα σθένους. Αυτό το ηλεκτρόνιο σθένους κάνει όλη τη δράση: Οι διαφορετικές διεγερμένες στάθμες ενός ατόμου νατρίου αντιστοιχεί στη μετάβαση του ηλεκτρονίου αυτού σε υψηλότερες τροχιές (καταστάσεις) γύρω από τον πυρήνα. Στις τροχιές αυτές το ηλεκτρόνιο έχει μεγαλύτερη ενέργεια από αυτή που έχει στη συνηθισμένη του θεμελιώδη τροχιά και αυτές οι καταστάσεις καθορίζουν το πως αλληλεπιδρά το άτομο με το φως – δηλαδή ποιες συχνότητες απορροφώνται ισχυρά και ποιες όχι. Επιπρόσθετα, τόσο το ηλεκτρόνιο σθένους όσο και ο πυρήνας είναι ‘μαγνήτες’. Ο μαγνητισμός του ηλεκτρονίου σχετίζεται με το σπιν του. Οι ακριβείς ενέργειες των διεγερμένων σταθμών του ατόμου εξαρτώνται από τον τρόπο με τον οποίο ευθυγραμίζονται το σπιν του πυρήνα με το σπιν του ηλεκτρονίου σθένους.

Αν και ένα άτομο μπορεί να έχει κατ’ αρχήν πολλές τέτοιες καταστάσεις, χρησιμοποιούμε μόνο 3 από αυτές για να επιβραδύνουμε το φως. Στα πειράματα της Hau μετά την ψύξη του νέφους των ατόμων του νατρίου, κάθε άτομο βρίσκεται στην κατάσταση 1, δηλαδή την θεμελιώδη κατάσταση. Εκεί το ηλεκτρόνιο έχει τη μικρότερη τροχιά (και ενέργεια) και το σπιν του είναι ακριβώς αντιπαράλληλο με το σπιν του πυρήνα. Επίσης η ολική μαγνήτιση κάθε ατόμου είναι προσανατολισμένη αντίθετα ή αντιπαράλληλα με το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο που χρησιμοποιήσαμε για να συγκρατήσουμε το νέφος των ατόμων. Η κατάσταση 2 είναι μια παρόμοια κατάσταση, μόνο που τώρα το ηλεκτρονικό και το πυρηνικό σπιν είναι παράλληλα, πράγμα που ανεβάζει λίγο την ενέργεια αυτής της στάθμης. Η κατάσταση 3 έχει περίπου 300.000 φορές περισσότερη ενέργεια από την κατάσταση 2 και παράγεται με την μεταπήδηση του ηλεκτρονίου σθένους σε ακόμα μεγαλύτερη τροχιά. Τα άτομα που επιστρέφουν από την κατάσταση 3 στην κατάσταση 1 ή 2 εκπέμπουν το χαρακτηριστικό κίτρινο φως νατρίου που βλέπουμε και στους λαμπτήρες των δρόμων.

Ο παλμός του λέιζερ, που θέλουμε να επιβραδύνουμε, συντονίζεται ακριβώς στην ενεργειακή διαφορά μεταξύ των καταστάσεων 1 και 3.  Αν όμως στείλουμε ένα παλμό αυτού του φωτός στο νέφος χωρίς να γίνει καμιά προπαρασκευή, τα άτομα θα απορροφήσουν πλήρως τον παλμό και θα ‘πηδήξουν’ από την κατάσταση 1 στην κατάσταση 3.  Μετά από ένα σύντομο χρονικό διάστημα, τα διεγερμένα άτομα θα επιστρέψουν στη θεμελιώδη κατάσταση επανεκπέμποντας το φως αλλά με τυχαίο τρόπο και προς όλες τις κατευθύνσεις. Το νέφος θα φωτοβολεί με λαμπερό κίτρινο φως, αλλά όλη η πληροφορία για τον αρχικό παλμό θα έχει διασκορπιστεί. Το νέφος είναι αδιαφανές για τους παλμούς αυτούς.

Ηλεκτρομαγνητικά Επαγόμενη Διαφάνεια

Για να εμποδίσουμε αυτή την απορρόφηση, χρησιμοποιούμε την ηλεκτρομαγνητικά επαγόμενη διαφάνεια (ΗΕΔ), ένα φαινόμενο που παρατηρήθηκε για πρώτη φορά το 1990 από την ομάδα του Stephen Harris στο πανεπιστήμιο του Stanford το 1991.

Ο Stephen Harris και οι συνεργάτες του έδειξαν ότι σε υλικά που διαθέτουν περισσότερες από μια θεμελιώδεις ενεργειακές καταστάσεις, είναι δυνατόν να μη συμβεί απορρόφηση της διερχόμενης δέσμης εάν χρησιμοποιηθεί ταυτόχρονα και μια δεύτερη δέσμη λέηζερ. H ενέργεια της δεύτερης δέσμης, που ονομάζεται δέσμη σύζευξης ή λέηζερ σύζευξης, πρέπει να είναι ίση με τη διαφορά ενέργειας μεταξύ μιας άλλης θεμελιώδους κατάστασης, με ελαφρώς υψηλότερη όμως ενέργεια, και μιας διεγερμένης κατάστασης. Με άλλα λόγια, τα φωτόνια που απαρτίζουν τη δέσμη σύζευξης πρέπει να έχουν ελαφρώς χαμηλότερη ενέργεια από τα αντίστοιχα φωτόνια της διερχόμενης δέσμης. Ετσι προκαλείται ένα κυματομηχα-νικό φαινόμενο γνωστό ως αρνητική συμβολή, με αποτέλεσμα το υλικό μέσο να καθίσταται διαφανές στη διερχόμενη δέσμη, η οποία περνά με μικρή σχετικά απορρόφηση.

Για παράδειγμα, η Hau και η ομάδα της ανέφεραν ότι απουσία της δέσμης σύζευξης, η διερχόμενη δέσμη απορροφήθηκε πλήρως από τα άτομα νατρίου, ενώ αντίθετα, παρουσία της δέσμης σύζευξης, ένα σημαντικό ποσοστό της διερχόμενης δέσμης διέσχισε το υλικό. Παρότι η απορρόφηση της διερχόμενης δέσμης αναστέλλεται παρουσία της δέσμης σύζευξης, δεν συμβαίνει το ίδιο και με τη διασπορά της. H εξάρτηση του δείκτη διάθλασης του υλικού από τη συχνότητα της διερχόμενης δέσμης παρουσιάζει πολύ έντονες διακυμάνσεις όταν η συχνότητα αυτής είναι κοντά στη συχνότητα εκπομπής μεταξύ μιας εκ των θεμελιωδών και μιας εκ των πρώτων διεγερμένων καταστάσεων των ατόμων του υλικού. Αυτή η ιδιαίτερα έντονη μεταβολή του δείκτη διάθλασης σε μια εξαιρετικά μικρή ενεργειακή περιοχή, είναι που προκαλεί την επιβράδυνση της διερχόμενης δέσμης, αλλά και την παρουσία αξιοπρόσεκτων, μη γραμμικών, οπτικών φαινομένων.

Στο ιστορικό πείραμα λοιπόν χρησιμοποιήθηκε μια δεύτερη δέσμη λέιζερ με προσεκτικά επιλεγμένη συχνότητα εκπέμπει φως προς το νέφος και το μεταβάλλει από τελείως αδιαφανές σε διαφανές όπως το καθαρό γυαλί, αλλά η διαφάνεια αναφέρεται στο φως μιας άλλης καθορισμένης συχνότητας.

Η δεύτερη δέσμη που επάγει (προκαλεί) την διαφάνεια, ή αλλιώς δέσμη σύζευξης, συντονίζεται μεταξύ των καταστάσεων 2 και 3. Τα άτομα του νατρίου στην κατάσταση 1 δεν μπορούν να απορροφήσουν την δέσμη σύζευξης (καθότι έχει μικρότερη ενέργεια από την απαιτούμενη). Καθώς το φως του πρώτου λέιζερ που συντονίζεται στην κατάσταση 3 φθάνει στο νέφος, οι δύο δέσμες διεγείρουν τα άτομα σε μια κβαντική υπέρθεση των καταστάσεων 1 και 2, πράγμα που σημαίνει ότι κάθε άτομο βρίσκεται συγχρόνως και στις δύο καταστάσεις.

Η βασική κατάσταση 1 από μόνη της θα απορροφούσε το φως του πρώτου παλμού που θέλουμε να περάσει, και η κατάσταση 2 από μόνη της θα απορροφούσε την δέσμη σύζευξης. Τα άτομα όμως και από τις δύο καταστάσεις (1 και 2) θα πήγαιναν στη στάθμη 3 ενώ στη συνέχεια θα αποδιεγείρονταν εκπέμπμτας φως κατά τυχαίο τρόπο. Όταν όμως οι δύο όμως διαδικασίες γίνονται μαζί, αλληλοεξουδετερώνονται – ένα φαινόμενο που λέγεται κβαντική συμβολή – και η πιθανότητα εμφάνισης της κατάστασης 3 μηδενίζεται.

time_delay

 

Η κατάσταση υπέρθεσης λέγεται σκοτεινή κατάσταση διότι ουσιαστικά τα άτομα δεν μπορούν να δουν τις δέσμες και “παραμένουν στο σκοτάδι”. Τα άτομα εμφανίζονται διαφανή στη δέσμη του παλμού που θέλουμε να διεισδύσει, διότι δεν μπορούν να απορροφήσουν τον παλμό όντας στην σκοτεινή κατάσταση. Ποιά υπέρθεση είναι σκοτεινή, δηλαδή ποιά αναλογία των καταστάσεων 1 και 2 χρειάζεται, ποικίλλει ανάλογα με τον λόγο των εντάσεων του φωτός στις δύο δέσμες. Αλλά αν το σύστημα ξεκινήσει με μια σκοτεινή κατάσταση ( στην περίπτωσή μας με 100% δέσμη σύζευξης και 100% κατάσταση 1), παραμένει στην σκοτεινή κατάσταση ακόμα και όταν φωτίσουμε με τους παλμούς διείσδυσης.

Επιβραδύνοντας το φως

decelaration_11

Πριν να φθάσει ο διερχόμενος παλμός του φωτός (κίτρινα βέλη) στο νέφος των ατόμων (μπλε παραλληλόγραμμο) όπου θα “παγώσει”, όλα τα σπιν των ατόμων είναι ευθυγραμμισμένα. Ακολούθως μια δέσμη λέιζερ σύζευξης (κόκκινο κάθετο βέλος) κάνει το νέφος διαφανές στον παλμό. (1,2).

decelaration_2

Το ατομικό νέφος, επιβραδύνει κατά πολύ και ταυτόχρονα συμπιέζει χωρικά τον παλμό (3), ενώ αλλάζει η κατάσταση των ατόμων του νέφους μ’ ένα κυματοειδή τρόπο συνοδεύοντας την αργή δέσμη του φωτός.

decelaration_3

Όταν ο παλμός βρίσκεται εντελώς μέσα στο νέφος (4), η δέσμη σύζευξης σβήνει – απενεργοποιείται (5), και ακινητοποιεί το κύμα και το διερχόμενο φως μέσα στο νέφος. Με μια μηδενική ταχύτητα το φως εξαφανίζεται.

decelaration_41Αργότερα (6), η δέσμη σύζευξης ανάβει ξανά, αναγεννώντας τον παλμό του φωτός και βάζοντας ξανά σε κίνηση το κύμα της μεταβολής των ατόμων και το φως. Το κάτω κίτρινο βέλος που δεν ήταν μέσα στο νέφος των ατόμων οπότε και δεν επιβραδύνθηκε, προηγείται.

Η μεταβολή του δείκτη διάθλασης του νέφους κλειδί της επιβράδυνσης

To φως διαδίδεται στο κενό με ταχύτητα c περίπου 300.000 km/sec ενώ όταν διέρχεται από άλλα υλικά με δείκτη διάθλασης n (δ.δ.) n>1, η ταχύτητα του γίνεται μικρότερη, c/n. Μήπως όμως μπορούμε να επιβραδύνουμε το φως κατασκευάζοντας οπτικά υλικά με εξαιρετικά μεγάλο δείκτη διάθλασης (δ.δ.); Όχι, γιατί σε υλικά με μεγάλο δ.δ. παρατηρούμε έντονη απορρόφηση του διερχομένου φωτός.

Έτσι, η Hau σκέφτηκε να φτιάξει συστήματα (νέφος και δέσμη σύζευξης) με δ.δ. n που να παρουσίαζε έντονες διακυμάνσεις γύρω από μια εξαιρετικά στενή ενεργειακή περιοχή κι όχι με μεγάλο δ.δ. H ταχύτητα διάδοσης μιας δέσμης φωτός που αποτελείται από πολλά επίπεδα κύματα με διαφορετική συχνότητα το κάθε ένα, είναι αντιστρόφως ανάλογη του ρυθμού μεταβολής του δείκτη διάθλασης n του υλικού ως προς την ενέργεια της δέσμης. Δημιουργώντας λοιπόν συστήματα με δ.δ. εξαιρετικά ευαίσθητους ως προς την ενέργεια της διερχόμενης δέσμης, έγινε εφικτή η επιβράδυνση του φωτός σε ταχύτητες μερικών μέτρων το δευτερόλεπτο.

Θα περίμενε κανείς ότι η προηγούμενη τεχνική θα μπορούσε ακόμα και να μηδενίσει την ταχύτητα διάδοσης της δέσμης. Σε αυτή την περίπτωση ωστόσο παρουσιάζεται ένα θεμελιακό πρόβλημα. Για να επιτευχθεί περαιτέρω μείωση της ταχύτητας της διερχόμενης δέσμης, πρέπει παράλληλα και η ένταση της δέσμης σύζευξης να μειωθεί. Μειώνοντας όμως την ένταση της δέσμης σύζευξης, μειώνεται και το εύρος ζώνης, το φάσμα δηλαδή των συχνοτήτων των επίπεδων μονοχρωματικών κυμάτων της διερχόμενης δέσμης, ώστε να λειτουργήσει ο μηχανισμός της ΗΕΔ για το σύστημα που προκαλεί την επιβράδυνση του φωτός. Καθώς λοιπόν η ένταση της δέσμης σύζευξης τείνει στο μηδέν, που είναι αναγκαία συνθήκη για την επίτευξη μηδενικής ταχύτητας, το επιτρεπόμενο εύρος ζώνης για τη διερχόμενη δέσμη τείνει και αυτό στο μηδέν, που σημαίνει ότι τελικά δεν θα υπάρχει διερχόμενη δέσμη για να επιβραδυνθεί.

delay_optical_beam

Οι μεταβολές του δείκτη διάδοσης του ατομικού νέφους φαίνεται να είναι η κύρια εξήγηση για τη διαδικασία επιβράδυνσης της διερχόμενης δέσμης φωτός. H δέσμη σύζευξης, περνώντας μέσα από το νέφος, το καθιστό διαφανές στη διερχόμενη δέσμη (επάνω). Παράλληλα καθιστά τον δείκτη διάθλασης του νέφους εξαιρετικά ευαίσθητο στην ενέργεια της διερχόμενης δέσμης (κάτω). Οσο μεγαλύτερη είναι η προαναφερθείσα ευαισθησία (γρήγορη μεταβολή του δ.δ.), τόσο μεγαλύτερη θα είναι η επιβράδυνση της διερχόμενης από το νέφος φωτεινής δέσμης.

  Η διαδικασία αυτή διαφέρει από πολλές απόψεις με τη διαδικασία επιβράδυνσης του φωτός από ένα συνηθισμένο μέσο με δείκτη διάθλασης μεγαλύτερο της μονάδας:

  1. Εκείνη που επιβραδύνεται είναι η ομαδική ταχύτητα και όχι η φασική ταχύτητα,
  2. Εκείνη που προκαλεί την επιβράδυνση είναι μια πολύ απότομη μεταβολή του δείκτη διάθλασης και όχι μια πολύ μεγάλη τιμή του ίδιου του δείκτη
  3. Η δέσμη σύζευξης πρέπει να είναι παρούσα καθ’ όλη τη διάρκεια της επιβράδυνσης.

Συμπέρασμα

Η επιβράδυνση και ακινητοποίηση του φωτός ξεκίνησε ένα νέο πεδίο θεωρητικής και πειραματικής έρευνας, προσφέροντας παράλληλα ένα σύνολο τεχνολογικών και επιστημονικών εφαρμογών (όπως κβαντικούς υπολογιστές, συμπυκνώματα Bose-Einstein) που μέχρι πρόσφατα ήταν ανέφικτες.  Μία εφαρμογή είναι η παραγωγή συμπυκνώματα όπου τα σωματίδια να βρίσκονται σε κατάσταση περιδίνησης, οπότε οι σχηματιζόμενες δίνες μπορούν να “αναρροφήσουν” τη διερχόμενη φωτεινή δέσμη, ακριβώς όπως συμβαίνει όταν ύλη βρεθεί κοντά στην επιφάνεια μιας μαύρης τρύπας, Με αυτόν τον τρόπο είναι δυνατή η εργαστηριακή μελέτη φαινομένων που πιστεύεται ότι συμβαίνουν στις μαύρες τρύπες αλλά και άλλων μεγάλης κλίμακας κοσμολογικών φαινομένων.

Συγχρόνως το αργό φως κάνει δυνατή την πραγματοποίηση ενός νέου τύπου μη γραμμικής οπτικής, η οποία συμβαίνει συγκεκριμένα όταν μια δέσμη λέιζερ μεταβάλλει τις ιδιότητες μιας άλλης δέσμης. Η μη γραμμική οπτική είναι ένα τεράστιο πεδίο έρευνας, τόσο ως καθαρά θεμελιώδης έρευνα, όσο και για τις εφαρμογές της από τις μεθόδους απεικόνισης μέχρι τις τηλεπικοινωνίες. Συνήθως χρειάζονται δέσμες εξαιρετικά μεγάλης έντασης για να πετύχουμε φαινόμενα μη γραμμικής οπτικής. Με το αργό φως όμως και τα συνοδευτικά φαινόμενα, μπορούμε να έχουμε μη γραμμικά φαινόμενα ακόμη και με μικρό αριθμό φωτονίων. Τέτοια φαινόμενα θα μπορούσαν να φανούν χρήσιμα για τη δημιουργία υπερευαίσθητων οπτικών διακοπτών. 

Δείτε και το άρθρο

10 χρόνια από την επιβράδυνση του φωτός από την Lene Vestergaard Hau

Πηγές: physics4u, Περισκόπιο της Επιστήμης.

Ένα υπολογιστικό μοντέλο που αναπτύχθηκε στο Ινστιτούτο για την Αστροφυσική Max-Planck, στοχεύει να μας αποκαλύψει πού θα βρούμε την σκοτεινή ύλη, που κρατά ενωμένους τόσο τους γαλαξίες όσο και τα σμήνη των γαλαξιών.

Ο αστροφυσικός Volker Springel τού Ινστιτούτου Max Planck, δημιούργησε ένα Σύμπαν το οποίο έχει την μορφή ενός ζαριού και μέσα του βρίσκονται περίπου 20 εκατομμύρια γαλαξίες.

Δεξιά: Το σμήνος 1E 0657-56 (Bullet Cluster) σχηματίστηκε από τη σύγκρουση δύο ξεχωριστών σμηνών πριν από 100 εκατομμύρια χρόνια. Από αυτή τη σύγκρουση διαχωρίστηκε η ορατή ύλη (τα δύο κόκκινα σφαιρικά νέφη δεξιά και αριστερά) από την σκοτεινή ύλη (οι δύο μπλε περιοχές).

Μας λένε ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης δεν αφήνει ίχνη. Και όμως είναι πάντα εδώ, διαπερνώντας τη Γη αλλά και από εμάς: Παρόλο που φαίνεται να μην έχουν καμιά άμεση επίδραση πάνω μας, και μέχρι τώρα δεν έχουν αυτή την εξουσία, δεν θα υπήρχαμε χωρίς αυτά.

Ο  Volker Springel του Ινστιτούτου Max Planck για την Αστροφυσική δήλωσε: “Δεν θα υπήρχαν γαλαξίες, συμπεριλαμβανομένου και του Γαλαξία μας, επειδή η σκοτεινή ύλη έλκει την κανονική ύλη. Αέρια, όπως το υδρογόνο και το ήλιο συμπυκνώνονται ώστε τελικά να σχηματιστούν τα αστέρια. Όμως, η έλξη της σκοτεινής ύλης πάνω στην κανονική εξασφαλίζει, επίσης, ότι το ηλιακό μας σύστημα δεν θα εκσφενδονιστεί μακριά από τον  ταχύτατα περιστρεφόμενο Γαλαξία.

universe_million_years_big_bang

Μια προσομοίωση της δημιουργίας των γαλαξιών και των σμηνών ενός σύμπαντος εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang.

Τι γνωρίζουμε για την σκοτεινή ύλη; Η σκοτεινή ύλη είναι, τρόπον τινά, η κόλα του σύμπαντος, είναι τα 5/6 της συνολικής μάζας. Αυτό το γεγονός το ξέρουν οι αστρονόμοι πάνω από 75 χρόνια τώρα. Ο τρόπος με τον οποίο κινούνται οι γαλαξίες  και πως το φως εκτρέπεται αποδεικνύει ότι η τεράστια, αόρατη ύλη υπάρχει σε μεγάλη συγκέντρωση.

Ακτίνες γάμμα ως ένα καυτό ίχνος της σκοτεινής ύλης

Το κυνήγι για μια άμεση απόδειξη της ύπαρξης τους θα χρειαστεί δεκαετίες για να τελειώσει και είναι ήδη απογοητευτικό. Επειδή, σαν το φάντασμα, η φωτογραφία του απλά δεν έχει σημασία. Υπάρχουν πολλές θεωρίες για τον τρόπο με τον οποίο είναι κατασκευασμένη. “Πιστεύουμε ότι η σκοτεινή ύλη αποτελείται από στοιχειώδη σωματίδια», λέει ο ο Springel. Υπάρχουν δύο κύρια ύποπτα σωματίδια : Το νετραλίνο, ένα πολύ βαρύ σωματίδιο, καθώς και τα αξιόνια, που αντιθέτως, είναι πολύ ελαφριά. Πολλοί αστροφυσικοί ευνοούν το νετραλίνο (δηλαδή το μοντέλο των WIMPs)

Και εδώ, οι επιστήμονες μπορούν να έχουν ένα καυτό ίχνος τους, γιατί αν τα νετραλίνο έρθουν πολύ κοντά, εξαϋλώνονται τα σωματίδια μεταξύ τους. Εν συνεχεία από την εξαΰλωση δημιουργείται μια λάμψη ακτίνων-γ.  Ο δορυφόρος Fermi της NASA που βρίσκεται σε τροχιά έχει ένα τηλεσκόπιο που μπορεί να ανιχνεύσει αυτές τις ακτίνες γάμμα – μετά από αυτές τις εξαϋλώσεις. Το ερώτημα όμως είναι: Πού είναι καλύτερα να πάμε για την αναζήτηση της σκοτεινής ύλης;

Ο Volker Springel και μια διεθνής ερευνητική ομάδα έχουν δημιουργήσει ένα μοντέλο το οποίο απαντά σε αυτό το ερώτημα. Το πρόγραμμα προσομοιώνει το σχηματισμό του Γαλαξία. “Μας επιτρέπει, να καθοριστεί με ακρίβεια η κατανομή της σκοτεινής ύλης στον Γαλαξία”, λέει ο αστροφυσικός.

“Υπάρχει η λεγόμενη Άλως (φωτοδτέφανο), που είναι μια πολύ μεγάλη μπάλα σκοτεινής ύλης”, εξηγεί. “Στη μέση βρίσκεται ο τροχός με τα άστρα. Η άλως περιέχει πολλές μικρές συγκεντρώσεις της σκοτεινής ύλης, που ονομάζονται θρόμβοι. Εδώ η πυκνότητα των σωματιδίων είναι πολύ υψηλή, καθώς και η φωτεινότητα της ακτινοβολίας γάμμα από την εξαΰλωση αυξάνει. “Έχουμε υπολογίσει ακριβώς που βρίσκονται οι συγκεντρώσεις της σκοτεινής ύλης στον Γαλαξία”, τονίζει ο Springel. “Έτσι ώστε να μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα χάρτη, το πόση ακτινοβολία γάμμα, αναμένουμε προς κάθε χωρική κατεύθυνση.”

Υπολογιστικό μοντέλο

Ερευνητές εδώ και καιρό συζητούν για το αν θα ήταν καλύτερα να ψάχνουν την σκοτεινή ύλη στο κέντρο του γαλαξία ή στην άκρη του για να την δουν, εκεί όπου είναι πολλά από τους ‘θρόμβους’. “Έχουμε δει ότι είναι καλύτερα να σαρώσουμε το γαλαξιακό κέντρο”, διευκρινίζει ο Springel. Εδώ η πιθανότητα για την ανίχνευση της ακτινοβολίας γάμμα, είναι 100 φορές μεγαλύτερη, λένε οι ερευνητές στο περιοδικό “Nature”.

Οι ερευνητές δεν θα κοιτάξουν ακριβώς το κέντρο του Γαλαξία για να δουν κάποιο σήμα. Το σήμα θα μπορούσε να ανακατευτεί με ακτίνες-γ από άλλες πηγές, όπως από τα αέρια νέφη μέσα στα οποία σχηματίζονται τα αστέρια.. Οι ερευνητές λοιπόν συνιστούν να ψάξουμε, 10 έως 30 μοίρες από το κέντρο.Η σκοτεινή ύλη θα πρέπει να υπάρχει με ένα χαρακτηριστικό μοτίβο λάμψης.

Ο υπερυπολογιστής εργάστηκε για τέσσερις μήνες

“Ήταν η μεγαλύτερο προσομοίωση που έγινε ποτέ”, λέει ο αστροφυσικός. “Με ένα κανονικό PC θα χρειαζόμαστε περίπου 400 χρόνια.” Ο υπερυπολογιστής που βρίσκεται στο Garching έφτιαξε το μοντέλο μέσα σε τέσσερις μήνες.

Στο σύμπαν – μοντέλο αρχικά κυριαρχούσε ηρεμία, ώσπου οι επιστήμονες δημιούργησαν μικρές διαταραχές, σαν κι αυτές που εμφανίστηκαν αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Το νεαρό σύμπαν άρχισε να ταλαντώνεται ενώ από κάποια στιγμή επέδρασε η βαρυτική δύναμη, που οδήγησε την ύλη σε μαζικούς σχηματισμούς γαλαξιών και άστρων.

Τα ταχύτητα της προσομοίωσης είναι χαρακτηριστική: κάθε τρία λεπτά το τεχνητό σύμπαν μεγαλώνει κατά ένα εκατομμύριο χρόνια. Με αυτό τον τρόπο, το αρχικό νέφος μεταμορφώνεται σε ένα εντυπωσιακό δίκτυο, το οποίο θυμίζει τα νευρωνικά δίκτυα τού ανθρώπινου εγκεφάλου.

Στο δίκτυο αυτό διακρίνονται λαμπερές κουκκίδες που αντιστοιχούν σε γαλαξίες που ο καθένας περιέχει εκατοντάδες δισεκατομμυρίων άστρων.

Η έρευνα στο μοντέλο αυτό για τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης έδειξε ότι αν χρησιμοποιούσαν τα WIMPs (τα νετραλίνα), τότε το Σύμπαν που δημιουργήθηκε στο μοντέλο έχει πολύ μεγάλη ομοιότητα με το δικό μας.
Φυσικά το γεγονός αυτό ενισχύει το μοντέλο των WIMPs χωρίς να αποτελεί τελική απόδειξη για την ύπαρξη τους (Wimps).

Στα αποτελέσματα που δημοσιεύτηκαν φάνηκε και μια διαφορά με το δικό μας σύμπαν. Σε ένα επιλεγμένο τμήμα τού σύμπαντος αυτού φαίνεται ότι γαλαξίες που έχουν ίδιο μέγεθος με τον δικό μας, περιτριγυρίζονται από σμήνη πολυάριθμων μίνι γαλαξιών. Κάτι που δεν έχει παρατηρηθεί τουλάχιστον στο πραγματικό Σύμπαν.

Ακόμη και αν η αναζήτηση είναι πλέον καθαρή, είναι πιθανόν να χρειαστούμε ακόμη ένα ή δύο χρόνια έως ότου ο δορυφόρος Fermi της NASA συλλέξει αρκετά στοιχεία για να βρεθούν τα σωματίδια φάντασμα. Λόγω του ότι η ακτινοβολία είναι πολύ ασθενής.

“Θα ήταν μια εξαιρετικά σημαντική ανακάλυψη”, υποστηρίζει ο Springel. Το “85% της ύλης είναι άγνωστη. Θα ήταν λοιπόν σημαντικό να γνωρίζουμε τι είναι στην πραγματικότητα. “

Πηγή: FOCUS-Online – Der Spiegel

hau Η Lene Vestergaard Hau – μια Δανέζα φυσικός 50 ετών σήμερα – έγινε πρωτοσέλιδο πριν 10 χρόνια επιβραδύνοντας το φως στα 17 μέτρα το δευτερόλεπτο (ή μικρότερη κατά 18 εκατομμύρια φορές από την ταχύτητα του φωτός στο κενό) μέσα σε υπέρψυχρα νέφη ατόμων νατρίου υψηλής πυκνότητα.

Λίγο αργότερα, μια άλλη ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο του Texas A&M. το Κέντρο Αστροφυσικής Harvard και το Ινστιτούτο Κβαντικής Οπτικής Max Planck στη Γερμανία, με επικεφαλής τους καθηγητές Marian Scully και Edward Fry, ανακοίνωσε μετρήσεις παρόμοιες με αυτές της Hau, χρησιμοποιώντας όμως άλλα υλικά επιβράδυνσης αντί για νάτριο – άτομα ρουβιδίου ή κρυστάλλους πυριτικού υττρίου – με αποτέλεσμα να ακινητοποιήσουν τις δέσμες του λέιζερ και ακολούθως να τις ξεκινήσουν  και πάλι.

Η ταχύτητα του φωτός – 299. 792.458 μέτρα το δευτερόλεπτο στο κενό – είναι μια ακατανόητα υψηλή ταχύτητα. Αν διαδίδεται μέσα στο νερό η ταχύτητα του επιβραδύνεται σε περίπου 224.844.344 μέτρα το  δευτερόλεπτο, και σταματάνε μόνο όταν κτυπήσουν έναν τοίχο. Αλλά πριν το κατόρθωμα της Hau το φως ποτέ δεν έφτασε τα 17 μέτρα στο δευτερόλεπτο και ποτέ δεν συνέχισε να ταξιδεύει με τον ίδιο τρόπο, ανέπαφο και γεμάτο κβαντικές πληροφορίες.

Επειδή τα φωτόνια ταξιδεύουν πολύ μακριά και πολύ γρήγορα δίχως να επιβραδύνονται καθόλου, έχουν γίνει το επίκεντρο της έρευνας για την ανάπτυξη και τη βελτίωση κβαντικών υπολογιστών και την βελτίωση των οπτικών επικοινωνιών. Το έργο της Hau δεν είχε άμεση εφαρμογή στην κβαντική επικοινωνία, γιατί η πειράματα της γίνονταν στα συμπυκνώματα Bose-Einstein, υπέψυχρα άτομα που ενεργούν ως ένα γιγαντιαίο σύνολο. Ωστόσο, από τότε οι έρευνες έχουν σαν σκοπό να χρησιμοποιήσουν το φως για την αποθήκευση και την επεξεργασία των πληροφοριών. Με την ακινησία του φωτός οι ερευνητές έχουν ένα εργαλείο για την αποθήκευση των bit. Θεωρητικά, αυτό είναι ένα νέο είδος μνήμης και οι φυσικοί σκέπτονται να κάνουν ότι μπορούν για να την βελτιώσουν.

Η Lene Vestergaard Hau δεν είχε σκοπό να γίνει πειραματικός φυσικός. Η κατάρτιση της ήταν θεωρητική, αν και κατά τη δεκαετία του 1980 στη Δανία και στη συνέχεια στο CERN εργάστηκε πάνω στη συμπυκνωμένη ύλη. Με τον τρόπο αυτό ανακάλυψε  πώς να χρησιμοποιεί λέιζερ για να ψύχει άτομα σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Το 1988 ταξίδεψε στην Αμερική για να κάνει ομιλίες και να ικανοποιήσει την επιθυμία της να δει αν αυτή η χώρα ήταν πραγματικά σαν αυτή που έβλεπε στο σινεμά. Κι όπως κατάλαβε ήταν πράγματι μεγάλη χώρα, με μεγάλα αυτοκίνητα και ομιλητικούς, ανοικτούς ανθρώπους.

Η Lene Hau έλαβε το διδακτορικό της από το Πανεπιστήμιο του Aarhus στη Δανία το 1991, ενώ το 1989 έμεινε δύο χρόνια με υποτροφία στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ. Από το 1999 έως σήμερα είναι καθηγήτρια Εφαρμοσμένης Φυσικής στο Harvard.

Η Hau όταν ήταν στην Αμερική επισκέφτηκε το Ινστιτούτο Rowland στο Καίμπριτζ, ένα μικρό μη κερδοσκοπικό Ινστιτούτο όπου είχε ιδρυθεί πρόσφατα. Εκεί συναντήθηκε με σπουδαίους φυσικούς – Michael Burns και Jene  Golovchenko – που την ενθάρρυναν να διερευνήσουν την ψυχρή ύλη αν και δεν είχαν εργαστεί ποτέ σε αυτόν τον τομέα. Η Hau δέχθηκε γιατί της άρεσε ότι το πεδίο αυτό ήταν νέο και καθόλου προβλέψιμο, λέει.

Η Lene Vestergaard Hau αρχικά (καλοκαίρι του 1997) έπρεπε να σχεδιάσει πώς θα είχε ένα σύνολο ατόμων νατρίου στο κενό και μάλιστα κοντά στο απόλυτο μηδέν. Δηλαδή να φτιάξει ένα υπέρψυχρο συμπύκνωμα Bose-Einstein. Αυτή η μορφή της ύλης την είχαν σκεφτεί θεωρητικά οι φυσικοί για πολλά χρόνια, έως ότου τρεις επιστήμονες – νομπελίστες τώρα – κατάφεραν να το κάνουν μόνο το 1995.

Η Hau επεδίωκε να χρησιμοποιήσει φως για να δοκιμάσει τις ιδιότητες του νέου αυτού είδους, όταν αποφάσισε να χρησιμοποιήσει το συμπύκνωμα για να παίξει με το φως. Το 1999, σε μία διάσημη πλέον διαπίστωση, έστειλε μια δέσμη φωτός από λέιζερ μέσα σε ένα συμπύκνωμα, αναγκάζοντας τα φωτόνια να παρεισφρήσουν μέσα στο εσωτερικό του. Όπως αναγνωρίζει και η ίδια ήταν ένα πολύ, πολύ δύσκολο πείραμα επειδή ήταν ακριβώς στο όριο του αδύνατου.

Τι όμως συνέβη στην πραγματικότητα;

Το συμπύκνωμα της Hau περιείχε άτομα νατρίου τοποθετημένα σε αυστηρά ακριβείς θέσεις με τη βοήθεια ενός μαγνητικού πεδίου, ενώ φωτιζόταν με δέσμες ‘σύζευξης’ λέιζερ, που χρησιμεύει για να κάνουν το συμπύκνωμα διαφανές σε μια συγκεκριμένη συχνότητα του φωτός που προέρχεται από ένα άλλο λέιζερ.

Όταν τα φωτόνια αυτής της ειδικής συχνότητας, που εκπέμπεται με ένα βραχύ παλμό από το δεύτερο λέιζερ, έπεσαν πάνω στο συμπύκνωμα, προκάλεσαν μια κβαντική κατάσταση σκότους. Αυτό σημαίνει ότι τα άτομα του νατρίου εισήλθαν σε κατάσταση επαλληλίας – είναι σε δύο ενεργειακές καταστάσεις ταυτόχρονα. Και καθώς τα φωτόνια συναντάνε αυτά τα άτομα,  έρχονται σε διεμπλοκή μαζί τους. Το εμπρόσθιο άκρο του παλμού του φωτός επιβραδύνεται οπότε το πίσω άκρο του παλμού το προφταίνει,  και έτσι το φως συμπιέζεται σαν ένα ακορντεόν στο συμπύκνωμα πάχους 100 μικρών.

Το φως είχε επιβραδυνθεί πειραματικά προηγουμένως κατά ένα παράγοντα 165 – δηλαδή σε 1.816.923 μέτρα ανά δευτερόλεπτο περίπου – με τη χρήση της τεχνικής της διαφάνειας της Hau. Αλλά κάνοντας το φως να ταξιδεύει μόνο με 17 μέτρα το δευτερόλεπτο, έδωσε μια παγκόσμια ώθηση προς αυτή την κατεύθυνση. Ήδη οι ερευνητές έχουν επιβραδύνει το φως σε θερμά αέρια, καθώς και σε κρυστάλλους και ημιαγωγούς σε θερμοκρασία δωματίου.

Η επιβράδυνση του φωτός οδήγησε την Hau να κάνει νέα πειράματα ακινητοποιώντας το και ξεκινώντας το όποτε ήθελαν. Έτσι, το 2001 η ίδια και οι συνάδελφοί της απενεργοποίησαν το λέιζερ σύζευξης και ανακάλυψε ότι ο παλμός του φωτός στο συμπύκνωμα εξαφανίστηκε. Το χαρακτηριστικό του σχήμα, το πλάτος και η φάση, ωστόσο, ήταν αποτυπωμένα στα άτομα του νατρίου. Όταν το λέιζερ σύζευξης επέστρεψε και πάλι, τότε η ενέργεια της διερχόμενης δέσμης λέιζερ, ανάγκασε τα τροποποιημένα άτομα του νατρίου να αλλάξουν επίπεδα ενέργειας, με την ελευθέρωση ενός φωτεινού παλμού με την ίδια φάση και ένταση με εκείνη που είχε αρχικά αποσταλεί από την συσκευή του λέιζερ. Το φως είχε έρθει μέσα στο υλικό με πληροφορίες, μεταφέρθηκαν στην ύλη και εξαφανίστηκε. Τότε η ύλη παρήγαγε νέο φως με την ίδια πληροφορία. Διατηρήθηκε η όποια πληροφορία και εμφανίστηκε λίγο αργότερα.

Το 2007 η Hau και δύο μέλη του εργαστηρίου, Naomi Ginsberg και Sean Garner, πήγαν ένα βήμα πιο πάνω διαβιβάζοντας τα χαρακτηριστικά του παλμού του φωτός μεταξύ δύο συμπυκνωμάτων BEC, περίπου, 160 µm μακριά. . Έστειλαν ένα παλμό από το λέιζερ (που θέλουμε να περάσει) στο πρώτη συμπύκνωμα, για να επιβραδυνθεί. Ακολούθως έγινε απενεργοποίηση του δεύτερου λέιζερ που παράγει την δέσμη σύζευξης. Ο παλμός του  φωτός από το πρώτο λέιζερ εξαφανίστηκε, αλλά προτού κοινοποιήσει πληροφορίες σχετικά με το πλάτος και τη φάση του στα άτομα του νατρίου. Αυτά τα άτομα είχαν επίσης δεχθεί μια ώθηση λόγω της σύγκρουσης τους με τα φωτόνια, ενώ η ορμή τα προώθησε έξω από το πρώτο συμπύκνωμα, προς ένα μικρό κενό και προς το δεύτερο συμπύκνωμα. Μόλις τα άτομα – ένα υλικό αντίγραφο των φωτονίων που εξαφανίστηκαν – έφτασαν στο δεύτερο συμπύκνωμα, τότε το λέιζερ σύζευξης άναψε και πάλι. Τότε τα άτομα  αυτά, πρόθυμα να συμμετάσχουν στο δεύτερη συμπύκνωμα, άλλαξαν επίπεδα ενέργειας, απελευθερώνοντας φωτόνια με την ακριβή φάση και ένταση αυτών που είχαν εγγραφεί στο πρώτο συμπύκνωμα.

Όπως εξηγεί η Hau μεταφέροντας το φως σε ύλη και πάλι πίσω σημαίνει ότι οι κβαντικές πληροφορίες μπορούν να υποβάλλονται σε επεξεργασία. Οι οπτικές ίνες μπορούν έτσι να μεταφέρουν κβαντικές πληροφορίες σε μεγάλες αποστάσεις, και στη συνέχεια μπορούμε να τις διαβάσουμε με την βοήθεια της ύλης.

Δείτε και το σχετικό παλαιότερο άρθρο μας

Η φυσική εξήγηση του φαινομένου

Το παγωμένο φως: της Lene Vestergaard Hau

Επιστήμονες της NASA έκαναν ένα υπολογιστικό μοντέλο των ψυχρών συνθηκών στον Άρη για να εξετάσουν αν το υγρό νερό θα μπορούσε να υπήρχε για να σχηματίσει τα επιφανειακά χαρακτηριστικά γνωρίσματα του Αρειανού τοπίου.

Η εικόνα δείχνει το κύριο κανάλι στην βόρεια περιοχή Kasei Valles του Άρη, που πιθανόν να είχε σχηματιστεί από μια γιγάντια ροή νερού 

Τα στοιχεία δείχνουν ότι κάποια στιγμή στο μακρινό παρελθόν έρρεε υγρό νερό που σχημάτισε ποτάμια και ρυάκια στην Αρειανή επιφάνεια., ακόμα κι αν οι θερμοκρασίες ήταν πολύ ψυχρές.  Η αιτία για την παρουσία υγρού νερού σε θερμοκρασίες κάτω του μηδενός οφείλεται στα διαλυμένα ορυκτά μέσα σε αυτό.

Οι ερευνητές αναφέρουν ότι υγρά γεμάτα με διαλυμένα ανόργανα συστατικά, που περιέχουν στοιχεία όπως το πυρίτιο, σίδηρο, μαγνήσιο, κάλιο και το αργίλιο, μπορούν να παραμείνουν σε υγρή μορφή ακόμα και σε θερμοκρασίες πολύ κάτω από το μηδέν.

Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας εμφανίζονται στο περιοδικό Nature.

"Διαπιστώσαμε ότι τα άλατα διαλυμένα στο νερό μπορεί να μειώσουν το σημείο τήξης του νερού, γεγονός που μπορεί να εξηγήσει τον τρόπο με τον οποίο υπήρχε υγρό νερό σε πολύ ψυχρά περιβάλλοντα στον Άρη”, επισημαίνει ο Alberto Fairén, επιστήμονας της NASA και ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.

Για να καταλάβουν τι σχημάτισε τα επιφανειακά χαρακτηριστικά στον Άρη, οι επιστήμονες έχουν επικεντρωθεί στις αρχικές συνθήκες στον Άρη. Ήταν στην αρχή ο Άρης ζεστός και υγρός, ή ψυχρός και ξηρός;

Τα επιφανειακά χαρακτηριστικά στο μεγαλύτερο μέρος του αρειανού τοπίου υποδηλώνουν την παρουσία λίμνες με νερό με μία έκταση που κυμαίνεται από θάλασσες έως λίμνες, και από ποταμούς έως ρυάκια που σχηματίστηκαν από τη ροή του νερού, κάτι που συνεπάγεται ότι ο Άρης σε νεαρή ηλικία ήταν υγρός.

Υπάρχουν, όμως, και κάποια στοιχεία που δείχνουν ότι μπορεί να ήταν ο Άρης μόνιμα κρύος, με θερμοκρασίες πολύ πιο κάτω από το σημείο ψύξης του καθαρού νερού. Για την μελέτη της «ρευστότητας» του νερού στον Άρη, τα μοντέλα του κλίματος για πρώτη φορά έκαναν προσομοίωση με διάφορες συγκεντρώσεις των αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα του. Διαπίστωσαν έτσι ότι τα αέρια αυτά δεν μπορούν να ανεβάσουν αποτελεσματικά την επιφανειακή θερμοκρασία πάνω από το μηδέν. 

Μια ατμόσφαιρα με αέρια του θερμοκηπίου – από διοξείδιο του άνθρακα και νερό – θα ήταν σε μια κατάσταση πολύ πιο κάτω από τον κορεσμό. Επιπλέον, το ποσό του μεθανίου που χρειάζεται για την αύξηση της θερμοκρασίας πάνω από το μηδέν, συνεπάγεται ότι στον πλανήτη υπήρχαν βιολογικοί οργανισμοί – γιατί έτσι δημιουργείται κυρίως το μεθάνιο σε έναν πλανήτη, σύμφωνα με προηγούμενες έρευνες.

Οι επιστήμονες, στη συνέχεια έκαναν μια άλλη προσέγγιση και εξέτασαν τα διαλύματα του νερού που περιέχουν βασάλτη αποσαθρωμένο από τις καιρικές συνθήκες, παρόμοιες με εκείνες που παρατηρήθηκαν σε τοποθεσίες του Άρη, όπου προσεδαφίστηκαν διάφορες διαστημοσυσκευές. Οι ερευνητές υπολόγισαν το σημείο ψύξης αυτών των διαλυμάτων και την τάση εξάτμισης. Τα αποτελέσματα τους έδειξαν ότι ένα σημαντικό ποσό αυτών των υγρών που περιέχουν πυρίτιο, σίδηρο, μαγνήσιο, ασβέστιο, χλώριο, νάτριο, κάλιο και αργίλιο παραμείνουν σε υγρή κατάσταση σε θερμοκρασίες πολύ κάτω από το μηδέν.

Επιπλέον, μελέτησαν τα μεταλλικά άλατα που καθιζάνουν στα υγρά διαλύματα με την πάροδο του χρόνου. Αυτές οι ουσίες είναι παρόμοιες με εκείνες που βρέθηκαν στην επιφάνεια του Άρη. Οι επιστήμονες κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το αλμυρό υγρό νερό στον Άρη μπορεί να εξηγήσει τη σταθερότητα της  υγρής κατάστασης ώστε να μην παγώσουν στην αρειανή επιφάνεια ακόμα και σε θερμοκρασίες κάτω των 0 ° C.

"Στόχος μας ήταν να μάθουμε πως ένας συνδυασμός διαφόρων διαδικασιών της εξάτμισης και της ψύξης επηρεάζει το σημείο ψύξης ενός υποθετικού διαλύματος στον Άρη. Θέλαμε επίσης να δούμε πώς σχηματίστηκαν οι υγρές  φάσεις και αποσταθεροποιήθηκαν κατά την εξέλιξη των διαφόρων διαλυμάτων," πρόσθεσε ο Alfonso Davila της NASA, κι ένας από τους συγγραφείς της δημοσίευσης.

Πηγή: ScienceDaily

Τεράστιοι βομβαρδισμοί μετεωριτών από το διάστημα μπορεί να είχαν μετατρέψει τη Γη σε ένα παράδεισο για τη ζωή, ανέφεραν ερευνητές στο Imperial College του Λονδίνου. Το ίδιο δε φαινόμενο θα μπορούσε να συμβεί και στον Άρη. Οι καταιγισμοί από πέτρες που έπεφταν από τον ουρανό, κάπου τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια πριν, έκαναν πιο κατοικήσιμο τον πλανήτη μας δημιουργώντας τους ωκεανούς, σύμφωνα με τη νέα έρευνα.

Όπως εισερχόταν κάθε μετεωρίτης στην ατμόσφαιρα, η υπερβολική ζέστη ανάγκασε τα μέταλλα και τις οργανικές ύλες να ελευθερωθούν στον εξωτερικό φλοιό. Αυτές οι ύλες σχημάτισαν το νερό που έπεφτε σαν βροχή καθώς και το διοξείδιο του άνθρακα (το αέριο του θερμοκηπίου), που μπορεί να παγιδεύσει την ηλιακή ενέργεια.

Ο βαρύς βομβαρδισμός διήρκεσε περίπου 20 εκατομμύρια χρόνια, και το αποτέλεσμα του ήταν ότι η Γη και ο Άρης έγιναν θερμοί και αρκετά υγροί για να κρατήσουν τεράστιους ωκεανούς από νερό – αν και το νερό στον Άρη εδώ και καιρό εξατμίστηκε στο διάστημα ή χύνεται σε υπόγειους χώρους.

Οι ερευνητές για να καταλήξουν σε αυτά τα συμπεράσματα ανέλυσαν τα κατάλοιπα από 15 θραύσματα  αρχαίων μετεωριτών που είχαν πέσει σε όλο τον πλανήτη. Στη συνέχεια, τα έψησαν σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες όπως ακριβώς θα γινόταν κατά την είσοδό τους στην ατμόσφαιρα, για να δουν πόσο υλικό θα ελευθερωθεί.

Διαπίστωσαν λοιπόν ότι, κατά μέσο όρο, κάθε μετεωρίτης ήταν ικανός να απελευθερώνει έως και το 12%  της μάζας του σαν υδρατμοί και το  6% της μάζας του σαν διοξείδιο του άνθρακα. Φυσικά είναι ένα πολύ μικρό ποσό για ένα μεμονωμένο μετέωρο για να φέρει αποτελέσματα.

Ωστόσο, τα αρχεία της Γης δείχνουν ότι ένας τρομακτικός καταιγισμός αρχαίων μετεωριτών, που λέγεται Ύστερος Βαρύς Βομβαρδισμός, σημειώθηκε πριν τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια, όπου εκατομμύρια βράχια συγκρούστηκαν με τη Γη και τον Άρη για πάνω από 20 εκατομμύρια χρόνια.

Οι ερευνητές υπολογίζουν ότι αυτός ο καταιγισμός θα ελευθέρωνε 10 δισεκατομμύρια τόνους διοξειδίου του άνθρακα και 10 δισεκατομμύρια τόνους υδρατμών στην ατμόσφαιρα του πλανήτη κάθε χρόνο.

Ο υπεύθυνος της έρευνας καθηγητής Mark Sephton θεωρεί ότι η μελέτη προσφέρει σημαντικές ενδείξεις σχετικά με το αρχαίο παρελθόν της Γης. Ανέφερε μάλιστα ότι για μεγάλο χρονικό διάστημα, οι επιστήμονες προσπαθούν να καταλάβουν γιατί το νερό της Γης είναι τόσο πολύ σε σύγκριση με άλλους πλανήτες στο ηλιακό σύστημα.

"Ο Ύστερος Βαρύς Βομβαρδισμός μπορεί να δώσει μια ένδειξη. Μπορεί να έγινε σε μια καίριο στιγμή της αρχικής ιστορίας, όπου το αέριο περίβλημα της Γης τελικά την ‘τύλιξαν’ με τις σωστές αναλογίες για να δώσουν ζωή στον πλανήτη μας."

Ο δε συνεργάτης του Richard Court προσέθεσε: "Λόγω της χημείας τους, οι αρχαίοι μετεωρίτες έχουν προταθεί σαν ένας τρόπος για να ‘γεμίσει’ η νεαρή Γη με υγρό νερό. Τώρα έχουμε δεδομένα που μας αποκαλύπτουν πόση ποσότητα από νερό και διοξείδιο του άνθρακα μπορούσε να εγχυθεί άμεσα στην ατμόσφαιρα από μετεωρίτες. Αυτά τα αέρια του φαινομένου του θερμοκηπίου θα μπορούσαν να έχουν δουλέψει αμέσως, ενισχύοντας έτσι τον κύκλο του νερού και τη θέρμανση του πλανήτη. "

Η έρευνα δημοσιεύεται στο περιοδικό Geochimica et Cosmochima Acta.

Οι επιστήμονες του Imperial College προηγουμένως βρήκαν συστατικά κατάλληλα για τη ζωή σε μετεωρίτες που βρέθηκαν στην Ανταρκτική.

Αλλά γιατί να έχει χάσει ο Άρης τους ωκεανούς του; Σε αντίθεση με τη Γη, ο Άρης δεν διαθέτει ένα μαγνητικό πεδίο για να δράσει ως ασπίδα προστασίας από τα σωματίδια του ηλιακού ανέμου. Κατά συνέπεια, στον  Άρη αφαιρέθηκε το μεγαλύτερο μέρος της ατμόσφαιρας του και το νερό του εξατμίστηκε στο διάστημα ή σχηματίστηκε πάγος κάτω από το έδαφος και γύρω στους πόλους του.

Την Γη  ακόμη κτυπάνε πέτρες από το διάστημα – αν και πολύ λιγότερο συχνά, ευτυχώς – και έτσι μας προσφέρουν πολύτιμες ενδείξεις για το πώς σχηματίζονται οι πλανήτες.

Πηγή: Scientific American

Σχετικά άρθρα

Πώς τελικά η Γη απέκτησε τα καλύτερα υλικά για τη ζωή;

Θα μπορούσε η ζωή στη Γη να προέρχεται από τον αστεροειδή Δήμητρα;

Η ζωή μ
ς ήρθε από το εξωτερικό διάστημα

Μια νέα πιθανή  εξήγηση  για μια από τις μεγαλύτερες εξαφανίσεις κάθε μορφής  ζωής στον πλανήτη μας, αυτής που συνέβη στην Πέρμια Περίοδο πριν 250 εκατομμύρια χρόνια, ανακοινώθηκε πρόσφατα από Γερμανούς και Ρώσους  επιστήμονες του κλίματος.

Salt lake
Το ροζ χρώμα της αλμυρής αυτής λίμνης πιθανότατα προκαλείται από μικρόβια με μια προτίμηση σε αλάτι

Μια ερευνητική ομάδα, υπό την καθοδήγηση του Ludwig Weissflog Helmholtz από το Κέντρο Περιβαλλοντικής Έρευνας στη Γερμανία,  υποστηρίζει ότι η απελευθέρωση εκατομμυρίων τόνων τοξικών αερίων από μια τεράστια λίμνη αλμυρού νερού στο μέγεθος της Γαλλίας , πριν από 250 εκατομμύρια χρόνια, πολύ πιθανόν να συνετέλεσε στη μεγαλύτερη εξαφάνιση των ειδών που συνέβη ποτέ στον πλανήτη  μας. Κατά την εξαφάνιση αυτή, που άνοιξε το δρόμο στην κυριαρχία των δεινόσαυρων πάνω στη Γη, υπολογίζεται ότι το 90% της ζωής στη Γη καταστράφηκε δια παντός.

Κατά τη διάρκεια της ιστορίας της Γης υπήρξαν πολλές μαζικές εξαφανίσεις των ειδών. Η πιο διάσημη από αυτές είναι αυτή στην οποία αφανίστηκαν οι δεινόσαυροι, πριν 65 εκατομμύρια χρόνια, και πολλοί πιστεύουν ότι είχε προκληθεί από την πτώση ενός αστεροειδή πάνω στη Γη. Ωστόσο, οι αιτίες για την μεγαλύτερη εξαφάνιση στην Πέρμια Εποχή, περίπου, 250 εκατομμύρια χρόνια πριν που το 90% της ζωής στη Γη καταστράφηκε, παραμένει ένα μυστήριο.

Μέχρι τώρα έχουν δοθεί πολλές εξηγήσεις για αυτή την μαζική εξαφάνιση των ειδών. Για παράδειγμα, έχουν ενοχοποιηθεί οι ηφαιστειακές εκρήξεις ή κάποια πρόσκρουση αστεροειδούς που είτε σκέπασαν τον πλανήτη με τεράστιες ποσότητες σκόνης εμποδίζοντας έτσι να γίνεται η φωτοσύνθεση στα φυτά, ή απελευθέρωσαν ένυδρο μεθάνιο που «έπνιξε» την ατμόσφαιρα.

Τελευταία ερευνητές, από τη Ρωσία, την Αυστρία, τη Νότια Αφρική και τη Γερμανία, πήραν δείγματα από τις υπάρχουσες αλμυρές λίμνες στη Ρωσία και τη Νότια Αφρική και μέτρησαν μια σειρά πτητικών χλωριωμένων υδρογονανθράκων που προέρχονται από τα δείγματα, και τα οποία παράγονται από την δράση των βακτηρίων και από τα φύκια. Τα αέρια αυτά περιλαμβάνουν το χλωροφόρμιο, το τριχλωροαιθένιο και το τετραχλωροαιθένιο,

Αν ανάλογες ποσότητες είχαν κυκλοφορήσει και από την αρχαία Λίμνη Zechstein, λένε οι επιστήμονες, τότε θα μπορούσαν να είχαν καταστροφικές συνέπειες για το περιβάλλον και τη ζωή. Η λίμνη Zechstein, που κάποτε βρισκόταν εκεί που τώρα είναι η κεντρική Ευρώπη και είχε το μέγεθος της Γαλλίας, θα μπορούσε να απελευθερώσει τόσο χλώριο στην ατμόσφαιρα που θα μπορούσε να οδηγήσει  με αλυσιδωτές  αντιδράσεις σε μια τεράστια οικολογική καταστροφή.

Σύμφωνα με το μέλος της ομάδας Karsten Kotte, οι ενώσεις αυτές θα μπορούσαν να είχαν δύο επιπτώσεις. Πρώτον, οι χλωριούχες ενώσεις μπορεί να καταστρέψουν το στρώμα του όζοντος, οπότε θα αυξηθεί η ποσότητα του υπεριώδους φωτός που φθάνει στην επιφάνεια της Γης με αποτέλεσμα την άμεση επίδραση πάνω στην υγεία και το θάνατο των φυτών και των ζώων. "Επίσης, οι ενώσεις αυτές μπορούν να συσσωρεύονται στα φυτά και να αποτελέσουν πρόδρομες ουσίες του τριχλωροακετικού οξέως, ένα πολύ αποτελεσματικό ζιζανιοκτόνο. Με αυτόν τον τρόπο, τα φυτά γύρω από τη Λίμνη θα μπορούσαν να είχαν πεθάνει, με αποτέλεσμα την απερήμωση και την αύξηση της αλατότητας του εδάφους γύρω της, η οποία με τη σειρά της θα μπορούσε να έχει προκαλέσει αύξηση των χλωριωμένων πτητικών ουσιών.

Πιθανόν, λέει ο Karsten Kotte, η μαζική εξαφάνιση να μην έγινε αποκλειστικά από αυτό το γεγονός αλλά σε συνδυασμό κι άλλων παραγόντων όπως  η ηφαιστειακή δραστηριότητα.

Οι κλιματολόγοι αυτοί προβλέπουν ότι τόσο το μέγεθος όσο και ο ρυθμός εξάτμισης των σημερινών λιμνών αλμυρού ύδατος θα αυξάνονται, καθώς ο πλανήτης μας θερμαίνεται λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου. Ενώ δεν υπάρχει λόγος ανησυχίας για μια νέα πιθανή μεγάλη εξαφάνιση της ζωής αφού δεν υπάρχουν πια τόσο μεγάλες αλμυρές λίμνες, όμως οι επιστήμονες  ισχυρίζονται πως οι τοξικές συνέπειες από αυτήν την θέρμανση έχουν υποτιμηθεί μέχρι στιγμής από τους ειδικούς του κλίματος.

Ένας ειδικός όμως, ο γεωλόγος Richard Twitchett στο Πανεπιστήμιο του Πλύμουθ λέει:. "Δεν υπάρχει τρόπος να αξιολογηθούν τα επίπεδα των αερίων αυτών στην ατμόσφαιρα κατά την Ύστερη Πέρμιαν Περίοδο από τους σημερινούς βράχους και ως εκ τούτου δεν τρόπος δοκιμής αυτής της υπόθεσης, Αυτές είναι απλώς εικασίες."

Ο Paul Wignall, παλαιοπεριβαλλοντολόγος, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Leeds, είν
ι επίσης σκεπτικιστής. “Η Λεκάνη Zechstein και τα άλατά της προηγούνται της Ύστερης Πέρμιαν Εξαφάνισης κατά τουλάχιστον ένα εκατομμύριο χρόνια,» υποστηρίζει, προσθέτοντας, «υπήρξαν κι άλλες γιγάντιες λεκάνες άλατος στο γεωλογικό παρελθόν, για παράδειγμα, στα μέσα της μέσο-ύστερης Jurassic εποχής, και τότε δεν έγινε καμιά σύνδεση με μαζικές εξαφανίσεις”.

Πηγή: Royal Society of Chemistry

Ηφαιστειακή έκρηξη στην Κίνα πριν 260 εκατομμύρια χρόνια εξαφάνισε τη θαλάσσια ζωή στη Γη

Μια τεράστια ηφαιστειακή έκρηξη στην Κίνα πριν περίπου 260 εκατομμύρια . χρόνια, η οποία μέχρι τώρα ήταν άγνωστη στους επιστήμονες, πιθανότατα οδήγησε στην ξαφνική εξαφάνιση της θαλάσσιας ζωής σε όλο σχεδόν τον πλανήτη, σύμφωνα με μια νέα έρευνα βρετανών παλαιοντολόγων.

Η έρευνα, επικεφαλής της οποίας ήταν ο καθηγητής του πανεπιστημίου του Λιντς, Πολ Γουίγκναλ, δημοσιεύτηκε στο περιοδικό «Science».

Οι ερευνητές βρήκαν απολιθωμένα στοιχεία που παραπέμπουν σε μια μείζονα περιβαλλοντική καταστροφή, ουσιαστικά στη μαζική εξαφάνιση των θαλάσσιων οργανισμών, μετά την τρομερή έκρηξη του ηφαιστείου στην περιοχή Εμεϊσάν της νοτιοδυτικής Κίνας, που απελευθέρωσε περίπου μισό εκατομμύριο κυβικά χιλιόμετρα λάβας.

Η καταστροφή της θαλάσσιας ζωής προκλήθηκε από την σύγκρουση της λάβας που κυλούσε με ταχύ ρυθμό στα ρηχά νερά της θάλασσας, ενώ τεράστιες ποσότητες διοξειδίου του θείου απελευθερώθηκαν στην ατμόσφαιρα.

Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι όταν το μάγμα, με τη μορφή της λάβας, έρευσε απότομα στα ρηχά νερά, προκλήθηκε μια θεαματική έκρηξη που δημιούργησε πελώρια σύννεφα ατμού στην ατμόσφαιρα, τα οποία εξαπλώθηκαν σε όλο τον πλανήτη, ψυχραίνοντάς τον και παράγοντας καταστροφική όξινη βροχή.

Η μαζική θαλάσσια καταστροφή ονομάστηκε «Γουαδαλουπιανή Μαζική Εξαφάνιση». Προηγούμενες έρευνες είχαν συνδέσει τις αυξημένες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα, λόγω ηφαιστειακών εκρήξεων, με μαζικές καταστροφές των ειδών στη Γη. Η νέα έρευνα κάνει άμεση σύνδεση μεταξύ του συγκεκριμένου καταστροφικού γεγονότος με μια άγνωστη μέχρι σήμερα έκρηξη ηφαιστείου.

 

Οι κοσμολόγοι συνήθως δεν παίρνουν οδηγίες από το ζωικό βασίλειο. Όμως, ένα μοντέλο το οποίο   προτείνει την ύπαρξη ενός ‘χαμαιλέοντα’ σωματιδίου  – που αλλάζει τη μάζα του, ανάλογα με τον περιβάλλοντα χώρο – τραβάει την προσοχή τους, γιατί ίσως είναι το σωματίδιο της σκοτεινής ενέργειας..

Αριστερά: Τα φωτόνια που ταξιδεύουν από τους ενεργούς  γαλαξιακούς πυρήνες, όπως είναι το κέντρο του γαλαξία M87, θα μπορούσε να αποκαλύψει το προτεινόμενο σωματίδιο-χαμαιλέων.

Μια νέα δημοσίευση ισχυρίζεται ότι έχει εντοπίσει σημάδια ενός ακαθόριστου σωματιδίου, του οποίου η ύπαρξη για πρώτη φορά τέθηκε αξιωματικά το 2003, για να εξηγήσει την επιτάχυνση της διαστολής του Σύμπαντος, που έχει αποδοθεί σε κάποια άγνωστη "σκοτεινή ενέργεια”.

Η αλλαγή της μάζας αυτού του σωματιδίου-χαμαιλέων θα τροποποιούσε το εύρος στο οποίο μπορεί να ενεργήσει η αντιβαρυτική δύναμη, κι έτσι αυτό ίσως να εξηγεί γιατί αυτό που προκαλεί την επιτάχυνση του Σύμπαντος δεν έχει ανιχνευθεί στη Γη. Στη Γη, το σωματίδιο-χαμαιλέων θα είναι πολύ βαρύ για να δημιουργήσει οποιαδήποτε αξιοσημείωτη δύναμη, αλλά στον απέραντο κενό χώρο, το αποτέλεσμα θα είναι τεράστια.

Θεωρητικά, τα φωτόνια που ταξιδεύουν μέσα σε μαγνητικά πεδία μπορούν να μετατραπούν σε χαμαιλέοντες, μειώνοντας έτσι την ποσότητα του φωτός που φτάνει Γη από απομακρυσμένες πηγές. Το μέγεθος της εξασθένησης εξαρτάται από τη συχνότητα του φωτός. Συγκρίνοντας το φως που εκπέμπουν σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων τα φωτεινά κέντρα 77 ενεργών γαλαξιών, ο Douglas Shaw στο Πανεπιστήμιο Queen Mary του Λονδίνου και οι συνάδελφοί του έχουν βρει "ισχυρές ενδείξεις" – όπως λένε – ότι κάποια φωτόνια που λείπουν έχουν χαθεί κατά τη μεταφορά.

«Είναι ένας απολύτως ενδιαφέρον τρόπος να παρατηρήσουμε εξωτικά σωματίδια και τα αποτελέσματα είναι σίγουρα ενδιαφέρον», λέει ο Frank Wilczek, ένας φυσικός σωματιδίων στο MIT των ΗΠΑ, ο οποίος δεν ασχολήθηκε με αυτή την εργασία. Αλλά είναι πολύ νωρίς για να ερμηνεύσουμε τα συμπεράσματα, σαν μια σαφή ανίχνευση των σωματιδίων – χαμαιλέοντες, υποστηρίζει.

Από μόνες τους, οι παρατηρήσεις του εξασθενημένου φωτός από τον Shaw και τους συνεργάτες του δεν μπορούν να κάνουν διάκριση μεταξύ των μοντέλων που βασίζονται σε μοντέλα σωματιδίων χαμαιλέοντες και σε φωτόνια τα οποία μετατρέπονται σε άλλα σωματίδια παρόμοια με τα αξιόνια. Είτε έτσι είτε αλλιώς "θα ήταν μια ενδιαφέρουσα ανακάλυψη”, λέει ο Shaw.

Ωστόσο, μόνο το μοντέλο με το σωματίδιο χαμαιλέων προβλέπει ότι η πόλωση των φωτονίων πρέπει να ευθυγραμμιστεί με το μαγνητικά πεδία από όπου διέρχεται. Μέχρι στιγμής, η ομάδα μελέτησε τα δεδομένα σχετικά με το φως από τρία αστέρια στον Γαλαξία μας και σε κάθε περίπτωση, διαπιστώθηκε η απαιτούμενη πόλωση..

"Είναι μία ευφυής και πρωτότυπη τεχνική», λέει ο αστρονόμος Malcolm Fairbairn του King College του Λονδίνου. Ωστόσο, προσθέτει ότι οι αστρονόμοι δεν έχουν ακόμη πλήρως κατανοήσει πώς παράγεται το φως σε αυτές τις απομακρυσμένες πηγές, οπότε είναι δύσκολο να προβλέψουμε αν τα σήματα ήταν αναμενόμενα με  την απουσία σωματιδίων-χαμαιλέοντες.

Ωστόσο, η ανάλυση της ομάδας φαίνεται να έχει ενισχυθεί από μια ανεξάρτητη μελέτη σχετικά με ένα ασυνήθιστα υψηλό ρεύμα φωτονίων υψηλής ενέργειας που ανιχνεύθηκε από το τηλεσκόπιο MAGIC στο La Palma και το τηλεσκόπιο VERITAS στην Arizona. Τα αποτελέσματα αυτά έχουν φέρει σε αμηχανία τους αστρονόμους γιατί πολύ υψηλής ενέργειας φωτόνια θα πρέπει να μην πλησιάζουν τη Γη λόγω της  αλληλεπίδρασης τους με την κοσμική ακτινοβολία μικροκυμάτων. Ωστόσο, ο Miguel Sánchez-Conde στο Ινστιτούτο Αστροφυσικής της Ανδαλουσίας έχει δείξει ότι, αν τα φωτόνια μετατρέπονται σε σωματίδια – σαν τα αξιόνια – σε ένα τμήμα του ταξιδιού τους, θα μπορούσαν να φτάσουν τη Γη αμέριστα.

Ο Bernard Sadoulet, ο αστρονόμος που συμμετέχει στην αναζήτηση της σκοτεινής ύλης στο Πανεπιστήμιο του Berkeley, λέει ότι η ευρύτερη κοινότητα των φυσικών είναι πιθανόν να χρειάζονται περισσότερα πειστικά δεδομένα. "Το σωστό επόμενο βήμα”, λέει, "είναι να πάρετε μετρήσεις στο εργαστήριο."

Ώρα για αλλαγή

Η Amanda Weltman στο Πανεπιστήμιο του Κέμπριτζ, και ένας από τους πρωτεργάτες της ιδέας του σωματιδίου χαμαιλέων, προσπαθεί να κάνει ακριβώς αυτό με την ομάδα GammeV στο Εθνικό Εργαστήριο Fermi στο Illinois. Αυτοί αφήνουν να περάσει λαμπρό φως λέιζερ μέ
σω ενός σωλήνα με παράθυρα και στα δύο άκρα του, μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο. Το μοντέλο χαμαιλέων προβλέπει ότι κάποια φωτόνια θα πρέπει να μετατραπούν σε σωματίδια χαμαιλέοντες. Όταν το λέιζερ είναι απενεργοποιημένο, τα σωματίδια χαμαιλέοντες θα πρέπει αργά να μετατραπούν σε φωτόνια και να δημιουργήσουν έτσι μια εξασθενημένη λάμψη. Το πείραμα έχει ολοκληρώσει την πρώτη του φάση χωρίς ωστόσο να βλέπουμε κανένα σημείο του σωματιδίου χαμαιλέων. Πάντως, η ομάδα δεν έχει ακόμα ερευνήσει για χαμαιλέοντες που να ταιριάζουν με τις παραμέτρους εκείνες που ενδεχομένως φαίνονται από την ομάδα Shaw. Η ομάδα GammeV προετοιμάζεται τώρα για να εξετάσει χαμαιλέοντες σε ένα "ενδιαφέρον εύρος”, λέει η Weltman.

Με άλλες πειραματικές δοκιμασίες που σχεδιάζονται για την ανακάλυψη του χαμαιλέοντας, η Weltman πιστεύει ότι το σωματίδιο είτε θα επιβεβαιωθεί είτε θα αποκλεισθεί, κατά την επόμενη δεκαετία. Η Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος θα στείλει στο διάστημα το 2012 τον δορυφόρο MICROSCOPE, που θα ψάξει για αποκλίσεις που προκαλούνται από τα σωματίδια-χαμαιλέοντες μελετώντας την σχετική κίνηση δύο μαζών σε τροχιά. Το σωματίδιο αυτό θα μπορούσε επίσης να επηρεάσει και τον τρόπο με τον οποίο τα αέρια νέφη υδρογόνου και τα αστέρια κινούνται το ένα σε σχέση με το άλλο υπό την επίδραση της βαρύτητας στους γαλαξίες, εξηγεί ο Lam Hui στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια. "Τα δεδομένα αυτά έχουν ήδη συλλεχθεί από τους αστρονόμους, οπότε πρόκειται για ένα ζήτημα ανάλυσης τους”, λέει.

Όποιο και αν είναι το αποτέλεσμα, η συσσώρευση παράξενων αστροφυσικών παρατηρήσεων φέρνει ένα μήνυμα "συναρπαστικών χρόνων", λέει ο Sánchez-Conde. "Όλα φαίνεται να δείχνουν πως κάτι νέο συμβαίνει στην φυσική."

Σχετικό άρθρο:

Γαλαξιακός πυρήνας δίνει κάποια ένδειξη για σωματίδια σαν τα αξιόνια

"Σωματίδια παρόμοια με τα αξιόνια έχουν ένα ενδιαφέρον διότι παρουσιάζονται τακτικά όταν οι επιστήμονες μελετούν τη θεωρία χορδών. Εξετάζοντας τις ιδιότητες τους, ελπίζουν να μάθουν κάποια πράγματα για τη θεωρία χορδών, ή για κάποια άλλη ενοποιημένη θεωρία της φυσικής. Από κοσμολογική άποψη, τα σωματίδια παρόμοια με τα αξιόνια έχουν ενδιαφέρον, διότι θα μπορούσαν να συνδεθούν με την σκοτεινή ενέργεια," λέει η Clare Burrage. Ωστόσο, η κύρια δυσκολία σε αυτή τη μελέτη αυτών των σωματιδίων, είναι το γεγονός ότι θα πρέπει να αποδειχθεί η ύπαρξή τους – σαν και τα ξαδέλφια τους τα αξιόνια.

Η Burrage δουλεύει στον επιταχυντή DESY στο Αμβούργο. Πιστεύει ότι θα μπορούσε να έχει βρεθεί κάποια κοσμολογική απόδειξη για αυτά τα σωματίδια . Μαζί με την Anne-Christine Davis του Κέμπριτζ και τον Douglas Shaw του Πανεπιστημίου Queen Mary του Λονδίνου, η Burrage έχει μελετήσει τις σχέσεις της  φωτεινότητας στους ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες. Η ομάδα αυτή πιστεύει ότι τα αποτελέσματά τους προσφέρουν μια καλή υπόθεση για την ύπαρξη των σωματιδίων σαν τα αξιόνια, τα οποία θεωρούνται πως έχουν χαμηλό βάρος και ασθενείς αλληλεπιδράσεις.

Η εργασία τους είναι διαθέσιμη στο Physical Review Letters με τίτλο : "Active Galactic Nuclei Shed Light on Axionlike Particles”.

"Για μεγάλο χρονικό διάστημα, θεωρείτο ότι θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ένα μαγνητικό πεδίο για να αλλάξει τα φωτόνια σε σωματίδια σαν τα αξιόνια. Είναι πιθανό να ψάξουμε για τα σωματίδια αυτά στο εργαστήριο, ενώ είναι επίσης δυνατό να τα παρατηρήσουμε και μέσω της αστρονομίας. Ψάχνουμε για τα σωματίδια αυτά στην αστρονομία, αρχικά συγκρίνοντας τις παρατηρήσεις των ενεργών γαλαξιακών πυρήνων με αυτές τις επιπτώσεις που αναμένουμε να οφείλονται στην παρουσία των όμοιων με τα αξιόνια σωματίδια”.

Οι ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες είναι συμπαγείς περιοχές στα κέντρα των γαλαξιών. Οι πυρήνες χαρακτηρίζονται από πιο υψηλή από την κανονική φωτεινότητα. Η χρήση των γαλαξιακών κέντρων σαν αναφορά είναι εδώ και καιρό μια καλή πρακτική, όταν ανακαλύπτουμε μακρινά αντικείμενα και προσδιορίζουμε την κοσμική εξέλιξη. Η Burrage και οι συνάδελφοι της δείχνουν ότι οι ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες φαίνονται ασθενέστεροι από ότι πρέπει να είναι, λόγω της παρουσίας αυτών των σωματιδίων.

"Έχουμε δει στο παρελθόν ότι αν τα φωτόνια περνούν από ένα μαγνητικό πεδίο, σαν αυτά κοντά στους γαλαξιακούς πυρήνες, και μετατρέπονται σε σωματίδια σαν τα αξιόνια, θα μειωθεί το φως," εξηγεί η ίδια. "Θα  δείτε ένα πολύ πιο εξασθενημένο αντικείμενο από ότι θα περιμένατε. Κι αυτό τελικά βλέπουμε μελετώντας με ακρίβεια τις μετρήσεις. "

Η Burrage επισημαίνει ότι, ενώ τα αποτελέσματα αυτών των δεδομένων είναι ενθαρρυντικά, όμως δεν είναι και πειστικό. "Το πρόβλημα με την αστρονομία είναι ότι δεν μπορείτε να βγείτε έξω και να ερευνήσετε τον Γαλαξία," λέει. "Υπάρχουν πολλά στη φυσική που δεν καταλαβαίνουμε. Θα μπορούσε να υπάρχει κι άλλη εξήγηση που να μιμείται τα αποτελέσματα που αναζητούμε. Πρέπει να τα δούμε αυτά στο εργαστήριο, αν θέλουμε να υποστηρίξουμε τον ισχυρισμό μας ότι έχουμε να κάνουμε με σωματίδια σαν τα αξιόνια. "

Εν τω μεταξύ διεξάγονται πειράματα σε πολλά εργαστήρια, που προσπαθούν να διαπιστώσουν αν τα σωματίδια σαν τα αξιόνια υπάρχουν πραγματικά. Ένα τέτοιο συμβαίνει στο CERN, και γι αυτό το πείραμα η Burrage ενδιαφέρεται αρκετά.  "Οι πειραματιστές στο CERN χρησιμοποιούν το λεγόμενο Axion Solar Telescope," λέει. "Υπάρχει ένα κάλυμμα στο τέλος ενός τηλεσκοπίου που στοχεύει στον ήλιο, και που εμποδίζει να εισέλθουν τα φωτόνια. Τα σωματίδια όμως σαν τα αξιόνια, θα περάσουν μέσα από το κάλυμμα. Στη συνέχεια, ένα μαγνητικό πεδίο βρίσκεται μέσα στο τηλεσκόπιο, αλλάζοντας έτσι αυτά τα  σωματίδια σε φωτόνια. Αν μπορέσουμε να δούμε φως, ακόμα και με το κάλυμμα, θα ήταν ένας καλός δείκτης για την ύπαρξη αυτών των σωματιδίων. "Άλλα παρόμοια πειράματα γίνονται στο Εργαστήριο Fermi και στο γερμανικό DESY, και περιλαμβάνουν μία παρόμοια διαδικασία που θα μπορούσε να οδηγήσει στην εμφάνιση φωτός "που να διέρχεται μέσα από ένα χοντρό εμπόδιο.

Επί του παρόντος, όμως, η Burrage και οι συνάδελφοί της ενδιαφέρονται για την εξέταση της εξασθένισης του φωτός σε άλλα αστρονομικά αντικείμενα. "Μας ενδιαφέρουν τα εργαστηριακά αποτελέσματα των πειραμάτων με τέτοια σωματίδια, αλλά εμείς δεν συμμετέχουμε. Αντίθετα, ψάχνουμε να δούμε αν  επηρεάζονται άλλα είδη αστρονομικών αντικειμένων, όπως κάνουν οι ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες. Εάν αυτά τα αποτελέσματα είν
αι ορατά σε παρατηρήσεις κι άλλων αντικειμένων, τότε η ύπαρξη αυτών των  σωματιδίων ενισχύεται. "

Ο Κωνσταντίνος Ζιούτας, υπεύθυνος επικοινωνίας για το Axion Solar Telescope του CERN από το Πανεπιστήμιο της Πάτρας, πιστεύει ότι μπορούμε να ψάξουμε στη Γη για να βρούμε αυτά τα σωματίδια. Κάτι που θα μας αποκαλύψει μάλλον μια νέα φυσική.

Πηγή: PhysOrg

Επιστήμονες έχουν καταλήξει στο συμπέρασμα ότι οι εξωπλανήτες έχουν ωκεανούς όπως η Γη, με μια νέα μέθοδο για την αναζήτηση των ωκεανών σε πλανήτες εκτός του ηλιακού μας συστήματος. Η μέθοδος, η οποία συνεπάγεται τη μελέτη πώς τα χρώματα αλλάζουν με την περιστροφή του εξωπλανήτη, θα μπορούσε να συμβάλει στην προσπάθεια για την ανακάλυψη της εξωγήινης ζωής.

Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι που έχουν ήδη χρησιμοποιηθεί για την επισήμανση νερού στους εξωπλανήτες. Η μία είναι η φασματοσκοπία, η οποία μπορεί να αποκαλύψει το χαρακτηριστικό μήκος κύματος απορρόφησης των μορίων του νερού και η οποία έχει ήδη χρησιμοποιηθεί με επιτυχία σε γιγάντιους πλανήτες. Άλλες εμπλέκουν την αναζήτηση νεφών ή τη λάμψη του φωτός που αντανακλάται από μια επιφάνεια, μολονότι η εν λόγω τεχνική, που έχει μέχρι στιγμής χρησιμοποιηθεί μόνο για άλλα υγρά, όπως είναι το μεθάνιο στον Τιτάνα το φεγγάρι του Κρόνου

Τελευταία ο Νικ Cowan στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον στο Σιάτλ μαζί με άλλους, συμπεριλαμβανομένων και εκείνων της ομάδας για την αποστολή EPOXI της NASA, έχουν σχεδιάσει μια συμπληρωματική μέθοδο που θα πρέπει να αυξήσει τις πιθανότητες εξεύρεσης εξωπλανητών με ωκεανούς – και, ως εκ τούτου, με τη ζωή. “Δεδομένου ότι το νερό θεωρείται ότι είναι απαραίτητη προϋπόθεση για τη ζωή, θα έχουμε πράγματι μια άλλη μέθοδο δοκιμασίας για την κατοικησιμότητα των εξωπλανητών, εξήγησε ο Cowan.

Η Γη ως εξωπλανήτης

Οι ερευνητές που ανέπτυξαν αυτή τη μέθοδο χρησιμοποιούν τα δεδομένα από την αποστολή Deep Impact, μια διαστημοσυσκευή της NASA που ξεκίνησε τον Ιανουάριο του 2005 για να μελετήσει τη σύνθεση ενός κομήτη που ήταν σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο. Επειδή ολοκληρώθηκε αυτή η πρωταρχική αποστολή του Deep Impact λίγους μήνες αργότερα, επεκτάθηκε η αποστολή του, με την ονομασία EPOXI, για να μελετήσει έναν άλλο κομήτη, καθώς και μακρινούς εξωπλανήτες. Κατά τη διάρκεια αυτής της νέας αποστολής του Deep Impact, ο Cowan και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν την κάμερα υψηλής ανάλυσης στο Deep Impact για να εξετάσουν όχι εξωπλανήτες, αλλά τη Γη από μια απόσταση λίγων δεκάδων εκατομμυρίων χιλιομέτρων, σαν να ήταν ο πλανήτης μας ένας εξωπλανήτης.

Το συνολικό χρώμα της Γης είναι γκρι με κάποιο μπλε λόγω της σκέδασης Rayleigh του ηλιακού φωτός από την ατμόσφαιρα της. Ωστόσο, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι όταν ο ουρανός είναι καθαρός – χωρίς σύννεφα – το μέσο χρώμα αλλάζει με την περιστροφή της Γης: όταν το τηλεσκόπιο βλέπει τις γήινες ηπείρους τότε το χρώμα στρέφεται ορος το κόκκινο άκρο του φάσματος. Όταν φαίνεται η θάλασσα, το χρώμα μετατρέπεται σε μπλε. Αυτές οι αλλαγές του χρώματος θα πρέπει να είναι σε θέση να μας αποκαλύψουν τους ωκεανούς σε πραγματικούς εξωπλανήτες.

“Το συμπέρασμα για τις άλλες μεθόδους είναι ότι δεν χρειαζόμαστε πολύ μεγάλη φασματική ανάλυση – μερικά διαφορετικά φίλτρα θα αρκούσαν – αλλά χρειαζόμαστε πολύ σύντομο ανοίγματα των φακών, ώστε να μπορούμε να παρακολουθούμε μεταβολές του φωτός στον χρόνο», τονίζει ο Cowan.

Μεγαλύτερα τηλεσκόπια

Ωστόσο, ο Cowan προσθέτει ότι για να δείτε ωκεανούς σε εξωπλανήτες στο μέγεθος της Γης, που θα είναι τουλάχιστον πολλά έτη φωτός μακριά μας, οι αστροφυσικοί θα χρειαστούν ένα πολύ μεγαλύτερο τηλεσκόπιο. Αυτό θα μπορούσε να είναι ο προταθείς διάδοχος του Hubble , με την ονομασία ATLAST (Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope), αν και θα χρειαστεί μια συσκευή γνωστή ως στεμματογράφος για να μπλοκάρει το φως από τα μητρικά άστρα των εξωπλανητών.

Ακόμη, μπορεί να είναι δυνατό να δούμε ωκεανούς σε γιγάντιους πλανήτες – σαν μια ‘υπερ Γη’ – όταν το προσεχές παρατηρητήριο New Worlds της NASA  μπει σε τροχιά, ίσως μέχρι το 2017. Το New Worlds θα συνδυάζει ένα μεγάλο τηλεσκόπιο με διάμετρο 4 μέτρων, με ένα πολύ μεγάλο στεμματογράφο ειδικά για την ανίχνευση των εξωπλανητών..

Η δημοσίευση έγινε στο περιοδικό Astrophysical Journal

Πηγή: Physics World

Δείτε και τα σχετικά άρθρα

Η NASA στέλνει 2 παλιές διαστημοσυσκευές σε νέα αποστολή

« Newer Posts - Older Posts »

Κατηγορίες

Follow

Get every new post delivered to your Inbox.

Join 178 other followers