ΧΟΡΗΓΟΙ

Το Σύμπαν σε νεαρή ηλικία


Στις 11 Φεβρουαρίου 2003 η NASA έδωσε στη δημοσιότητα την καλύτερη φωτογραφία του Σύμπαντος, όπως αυτό ήταν σε πολύ νεαρή ηλικία. Η φωτογραφία αυτή έχει αποτυπώσει εξαιρετική λεπτομέρεια και ίσως αποτελεί την σημαντικότερη επιστημονική ανακάλυψη στον τομέα της Κοσμολογίας τα τελευταία χρόνια. Προέρχεται από το διαστημικό τηλεσκόπιο WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe: Διαστημικό όχημα εξερεύνησης της ανισοτροπίας της μικροκυματικής ακτινοβολίας).

Αναλύοντας τα στοιχεία της νέας λεπτομερούς εικόνας που κατέγραψε το WMAP οι επιστήμονες μπόρεσαν ν' απαντήσουν σε πολλά σημαντικά ερωτήματα και να ελέγξουν την ορθότητα των προβλέψεων των κοσμολογικών μοντέλων.

Η εξαιρετική λεπτομέρεια της εικόνας επέτρεψε να επιβεβαιωθεί η θεωρία του Πληθωρισμού, δηλαδή της τρομακτικά γρήγορης αύξησης του μεγέθους του Σύμπαντος το πρώτο δισεκατομμυριοστό του δισεκατομμυριοστού του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου από τη γέννησή του. Αποκλείστηκε κάποια από τις παραλλαγές του, η οποία δεν προβλέπει τις ανισοτροπίες που υπάρχουν, αλλά οι υπόλοιπες ενισχύονται.

 

 

 

Ξεκινώντας από τη χρονολόγηση της εποχής που απεικονίζουν τα στοιχεία και συνδυάζοντας τα με δεδομένα από άλλες παρατηρήσεις που έχουν γίνει με άλλες μεθόδους καταλήξαμε σε ενδιαφέροντα συμπεράσματα όπως:

· Το Σύμπαν έγινε διαφανές σε ηλικία 380.000 ετών

· Το Σύμπαν είναι 13,7 δισεκατομμυρίων ετών με προσέγγιση 1%

· Τα πρώτα άστρα σχηματίστηκαν 200 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη

· Το περιεχόμενο του Σύμπαντος είναι μόλις 4% συνηθισμένη ύλη (άτομα), 23% είναι μια εξωτική Σκοτεινή Ύλη και το υπόλοιπο 73% από μια ακόμα πιο εξωτική σκοτεινή ενέργεια.

· Ο ρυθμός διαστολής του Σύμπαντος (η σταθερά Χαμπλ) είναι 71km/sec/παρσέκ με προσέγγιση 5%

· Νέες ενδείξεις υπέρ της θεωρίας του Πληθωρισμού

Το Σύμπαν είναι επίπεδο, δηλαδή η μάζα του είναι τόση ώστε να συνεχίσει να διαστέλλεται για πάντα συνεχώς επιβραδυνόμενο.

H εξαιρετική ανάλυση της σημερινής «φωτογραφίας» επιτρέπει την επιβεβαίωση της πρόβλεψης της Πληθωριστικής θεωρίας για μικρές ανισοτροπίες στην θερμοκρασία του πρώιμου Σύμπαντος που δημιουργήθηκαν στο πρώτο δεκάκις εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου της ζωής του. Όχι μόνο αυτό αλλά και κατανομή τους ταιριάζει με τις προβλέψεις.

Η χρονική στιγμή που το Σύμπαν έγινε διαφανές στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία επιβεβαιώθηκε από τις σημερινές παρατηρήσεις στα 380.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, όπως επίσης προβλέπουν τα μαθηματικά μοντέλα των σύγχρονων θεωριών. Σε σχέση με την ηλικία του Σύμπαντος αυτό είναι ένα εξαιρετικά μικρό χρονικό διάστημα μετά τη γέννησή του. Αλλά στην Κοσμολογία δεν πρέπει να βλέπουμε το χρόνο σαν γραμμικό φαινόμενο.

Για παράδειγμα το Σύμπαν μεγάλωσε 100 δισεκατομμύρια δισεκατομμυρίων φορές περισσότερο στο πρώτο δεκάκις εκατομμυριοστό της ζωής του απ’ ότι τα υπόλοιπα 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια μέχρι σήμερα, το σύνολο των στοιχειωδών σωματιδίων που το απαρτίζουν (κουάρκ, φωτόνια, νετρίνο) δημιουργήθηκε το πρώτο τρισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου από τη ζωή του, τα υποατομικά σωματίδια (νετρόνια και πρωτόνια) που αποτελούν όλη την ορατή ύλη είχαν δημιουργηθεί στο πρώτο δευτερόλεπτο, όλο το υδρογόνο και το ήλιο του Σύμπαντος στην αναλογία που υπάρχουν σήμερα είχαν σχηματιστεί στα πρώτα τριάμισι λεπτά.

Έκτοτε για 380.000 χρόνια (57 δισεκατομμύρια φορές η τότε ηλικία του Σύμπαντος) δεν συμβαίνει σχεδόν τίποτα το συνταρακτικό παρά μόνο η ψύξη του Σύμπαντος που προέρχεται από τη διαστολή του (που παρεμπιπτόντως στα 380.000 αυτά χρόνια ήταν περίπου ένα εκατομμύριο δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια δισεκατομμυρίων φορές μικρότερη απ’ ότι τα πρώτα 3,5 λεπτά).

Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία θεωρητικά περιέχει πληροφορίες που πάνε πίσω μέχρι τον πρώτο μήνα της ζωής του Σύμπαντος, τότε που ταχύτητα διαστολής έγινε μικρότερη από την ταχύτητα του φωτός, αλλά δεν υπάρχει περίπτωση εμείς να «δούμε» τίποτα πίσω από τα 380.000 χρόνια λόγω της τότε αδιαφάνειας του Σύμπαντος.

Αρα αυτή η φωτογραφία που μας έδωσε το WMAP είναι το παλαιότερο ενσταντανέ που θα «δούμε» ποτέ. Πιο λεπτομερής εικόνα γίνεται με πιο εξελιγμένα όργανα στο μέλλον, πιο παλιό όμως, δεν γίνεται.

Ο ακριβής προσδιορισμός της ηλικίας του Σύμπαντος είναι μία εξαιρετικά σημαντική παράμετρος για το αν αληθεύει η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης. Μπορούμε να προσδιορίσουμε με μεγάλη ακρίβεια την ηλικία των αρχαιότερων άστρων που περιέχονται στα σφαιρικά σμήνη απευθείας από το μέγεθός τους (ξέροντας ακριβώς τη διάρκεια ζωής των αστέρων σε σχέση με τη μάζα τους, με σχετική ακρίβεια την απόσταση των κοντινών μας σφαιρωτών σμηνών και το ότι όλα τα άστρα μέσα σε ένα σφαιρωτό σμήνος γεννήθηκαν περίπου την ίδια εποχή).

Έχουμε λοιπόν βρει ότι τα αρχαιότερα άστρα είναι ηλικίας κάπου ανάμεσα σε 11 και 18 δισεκατομμυρίων ετών. Με κανένα τρόπο ένα Σύμπαν που προήλθε από μια Μεγάλη Έκρηξη δεν μπορεί να είναι νεώτερο των 11 εκατομμυρίων ετών διότι αλλιώς τα παιδιά θα είχαν μεγαλύτερη ηλικία από τη φυσική τους μητέρα.

Εφαρμόζοντας τη θεωρία της Μεγάλης έκρηξης μπορούμε να υπολογίσουμε την ηλικία του Σύμπαντος αν γνωρίζουμε το σημερινό ρυθμό διαστολής του Σύμπαντος, δηλαδή την σταθερά Χαμπλ, και πως αυτή μεταβλήθηκε από την αρχή μέχρι σήμερα. Η καλύτερη προσέγγιση για τη σταθερά Χαμπλ μέχρι σήμερα είχε μια ακρίβεια συν πλην 12%. Το WMAP μας δίνει τη σταθερά με προσέγγιση 5%.

Το πώς όμως αυτή μεταβλήθηκε στο παρελθόν εξαρτάται από παράγοντες που δεν γνωρίζαμε, όπως η σύνθεση και η πυκνότητα του Σύμπαντος. Αν το Σύμπαν έχει μικρή πυκνότητα και αποτελείται από συνήθη ύλη τότε η ηλικία του υπολογίζεται μεταξύ 12 και 15 δισεκατομμύρια χρόνια. Αν η πυκνότητά του είναι αυτή που προβλέπει η Πληθωριστική θεωρία (είναι επίπεδο όπως λένε) τότε υπολογίζεται σε 9 δισεκατομμύρια χρόνια και η αντίθεση με την ηλικία των παλαιότερων άστρων ισχύει.

Δεδομένου ότι το Σύμπαν αποδείχθηκε από τα δεδομένα του WMAP επίπεδο, μιας που πέρα από την ορατή ύλη περιέχει και εξαπλάσια περίπου αόρατη εξωτική ύλη, αυτό θα μπορούσε ν’ αποτελεί επιτύμβια πλάκα για την κρατούσα θεωρία της Μεγάλης έκρηξης. Δεν συμβαίνει αυτό όμως διότι το WMAP απέδειξε ότι το Σύμπαν δεν αποτελείται όλο από ύλη αλλά περιέχει κάποια άλλη οντότητα που δρα ως συνεργός της διαστολής παράγοντας δίνοντας έτσι μερικά δισεκατομμύρια χρόνια ζωής επιπλέον στην υπολογιζόμενη ηλικία του Σύμπαντος.

Αυτή ακριβώς την οντότητα ανακάλυψαν οι επιστήμονες από τα δεδομένα του WMAP: Το 73% του Σύμπαντος αποτελείται από μια ακόμα πιο εξωτική μορφή ενέργειας, τη λεγόμενη Σκοτεινή Ενέργεια. Μάλιστα αυτή μοιάζει να δρα ως «αντιβαρύτητα», όπως η παρεξηγημένη Κοσμολογική Σταθερά (την οποία εισήγαγε ο Αϊνστάιν στις εξισώσεις του για να δικαιολογήσει την πεποίθησή του ότι το Σύμπαν είναι στατικό και κατόπιν την αποκήρυξε μετά βδελυγμίας), παρά ως ενεργειακό πεδίο αρνητικής πίεσης που ποιητικά ονομάζουν «πεμπτουσία». Πάντως δεν υπάρχουν απόλυτες αποδείξεις που να ξεγράφουν την «πεμπτουσία».

Όλα αυτά μας οδηγούν ότι η ηλικία του Σύμπαντος είναι 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια με μία απίστευτη ακρίβεια του 1%, τιμή μέσα στα αποδεκτά όρια.

Το WMAP όμως μας έλυσε και διάφορες άλλες απορίες μας για το Σύμπαν και διαλεύκανε και μερικές λάθος αντιλήψεις μας. Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι τα πρώτα άστρα σχηματίστηκαν πολύ νωρίτερα απ’ ότι πίστευαν, μόλις 200 εκατομμύρια χρόνια μετά τη γέννηση του Σύμπαντος μέσα στους θύλακες που κατέγραψε το τηλεσκόπιο.

Το WMAP δεν μπορεί να δει το φως των πρώτων αυτών αστεριών απευθείας αλλά έχει την ικανότητα να ανιχνεύσει ένα πολωμένο ηλεκτρομαγνητικό σήμα το οποίο είναι η υπογραφή της ενέργειας που απελευθέρωσαν τα πρώτα αυτά άστρα. Επειδή η ακτινοβολία υποβάθρου έχει προηγηθεί της ακτινοβολίας των πρώτων άστρων, έχει «τροποποιηθεί» στο ταξίδι της από αυτά (για την ακρίβεια από τα ιονισμένα αέρια που αυτά δημιουργούσαν).

Αυτή την τροποποίηση αποκωδικοποίησαν οι επιστήμονες σύμφωνα με τα στοιχεία που συγκέντρωσε το WMAP. Μέχρι τώρα τοποθετούσαμε τη δημιουργία των πρώτων άστρων στο 1 δισεκατομμύριο χρόνια, όχι μεγάλη διαφορά με κοσμολογικά κριτήρια. Τα νετρίνα δεν φαίνεται να παίζουν σημαντικό ρόλο ούτε στην εξέλιξη ούτε στη σύνθεση του Σύμπαντος αλλιώς θα είχαν καθυστερήσει την βαρυτική κατάρρευση της ύλης στο νεαρό Σύμπαν και ως εκ τούτου την δημιουργία των πρώτων άστρων.

Τι είναι το WMAP
Σε υπηρεσία για τρία ακόμα χρόνια
Το Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) εκτοξεύτηκε στις 30 Ιουνίου του 2001. Έχει μάζα 840 χιλιόγραμμα, ύψος 3,8 μέτρα και διάμετρο ηλιακού συλλέκτη 5 μέτρα. Βρίσκεται σε τροχιά στο σημείο L2, το δεύτερο σημείο Λαγκράνζ Ήλιου – Γής.

Τα σημεία Λαγκράνζ δύο ουρανίων σωμάτων είναι 5 σημεία στο διάστημα όπου οι βαρυτικές δυνάμεις των δύο σωμάτων δημιουργούν περιοχές έλξης και άπωσης όπου ένα τρίτο σώμα μπορεί να διατηρηθεί σε σταθερή θέση σε σχέση με τα δύο ουράνια σώματα.

Το WMAP βρίσκεται στο σημείο L2 αντίθετα από τον Ήλιο σε απόσταση 4 φορές αυτή της Σελήνης. Μια τέτοια τροχιά επελέγη διότι απομακρύνει το σκάφος από τις επιδράσεις της Γης και του Ήλιου ενώ ταυτόχρονα το διατηρεί σε σταθερό σημείο πάνω στο επίπεδο της εκλειπτικής απλοποιώντας κατά πολύ την παρακολούθηση και ανάλυση των στοιχείων που συλλέγει και ελαχιστοποιεί την κατανάλωση καυσίμου.

Το WMAP ονομάστηκε προς τιμήν του μεγάλου κοσμολόγου καθηγητή Ντέιβιντ Γουίλκινσον του Πανεπιστημίου του Πρίνσετον που πέθανε τον Σεπτέμβριο του 2002 λίγο πριν δοθούν στη δημοσιότητα οι ανακαλύψεις του τηλεσκοπίου.

Το WMAP θα συνεχίσει να παρατηρεί το Σύμπαν για τρία ακόμα χρόνια, παρότι η προγραμματισμένη αποστολή του ήταν μόλις 27 μήνες από την εκτόξευσή του στις 30 Ιουνίου του 2001. Το τι άλλα θαυμαστά στοιχεία θα συλλέξει καθώς και η πληρέστερη αξιολόγηση των μέχρι σήμερα στοιχείων θα δώσει στην κοσμολογία αρκετή τροφή για σκέψη και ανάπτυξη.

 

<<site map

Χρόνος εκτέλεσης : 0.06 δευτερόλεπτα