Το Σύμπαν φαίνεται πιο παλιό απ' όσο αναμενόταν

Από το Ιταλικό Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής, 14 Μαΐου 2004 

Μερικές αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης μέσα στα αστέρια δείχνουν να γίνονται πιο αργά από όσο θεωρούσαμε και, κατά συνέπεια, τα ίδια τα αστέρια, καθώς επίσης και οι γαλαξίες και ολόκληρο το Σύμπαν είναι λίγο παλαιότερα από ό,τι περιμέναμε.

Αυτό το συμπέρασμα προέρχεται από τα τελευταία αποτελέσματα του πειράματος Luna (Εργαστήριο για την Υπόγεια Πυρηνική Αστροφυσική), που γίνεται στο Gran Sasso και πραγματοποιείται σε συνεργασία με το Infn και το πανεπιστήμιο του Ruhr στο Μπόχουμ της Γερμανία.

Η μελέτη θα δημοσιευθεί στην Επιθεώρηση Physics Letters B τον επόμενο Ιούνιο. Ένα δεύτερο άρθρο έχει γίνει αποδεκτό από την επιθεώρηση Astronomy and Astrophysics.

Ο στόχος του Luna είναι η παραγωγή μερικών αντιδράσεων που συμβαίνουν μέσα στα αστέρια, ειδικότερα στον Ήλιο, καθώς και την ταχύτητα τους. Στο Luna, πρωτόνια (πυρήνες υδρογόνου) έρχονται προς σύγκρουση εναντίον πυρήνων αζώτου: μια αντίδραση που οδηγεί στο σχηματισμό ενός πυρήνα οξυγόνου με σύγχρονη εκπομπή ενέργειας.

"Το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας, που εκπέμπεται από το αστέρι μας, προέρχεται από τις αντιδράσεις σύντηξης τεσσάρων πυρήνων υδρογόνου προς ένα πυρήνα ηλίου. Αλλά υπάρχει και μια άλλη διαδικασία, ο κύκλος του άνθρακα - αζώτου - οξυγόνου. Η ταχύτητα του κύκλου καθορίζεται από την πιο αργή αντίδραση, συγκεκριμένα αυτή που οδηγεί σε έναν πυρήνα οξυγόνου ως αποτέλεσμα της σύντηξης μεταξύ ενός πυρήνα αζώτου και ενός πρωτονίου. Αυτή είναι η αντίδραση που μελετάται στο Luna", εξηγεί ο Carlo Broggini, συντονιστής στο Luna .

Η σύντηξη μεταξύ του πυρήνα αζώτου και ενός πρωτονίου δεν είναι δύσκολη, αλλά υπάρχει μια δυσκολία που βρίσκεται στην εξασφάλιση στην ίδια ενέργεια που συμβαίνει στα αστέρια: μια σχετικά χαμηλή ενέργεια, χάρις στην οποία τα φαινόμενα γίνεται αρκετά αργά, ή - με διαφορετικό τρόπο - γίνονται πολύ λίγες αντιδράσεις ημερησίως (μια πολύ τυχερή περίπτωση για τον πλανήτη μας, επειδή εάν αυτά τα φαινόμενα συνέβαιναν γρήγορα, ο ήλιος θα είχε κάψει όλα του τα καύσιμά,  σε τόσο λίγο χρόνο που δεν θα προλάβαινε να είχε αναπτυχθεί στη Γη η ζωή - όπως την ξέρουμε).

"Σε ένα συνηθισμένο εργαστήριο που βρίσκεται στην επιφάνεια της γης τα αποτελέσματα της αντίδρασης,  που μελετούνται από το πείραμα Luna, θα κρύβονταν συνολικά από τα παρόμοια αλλά αφθονότερα φαινόμενα.

Κι αυτό λόγω των αντιδράσεων που προκαλούνται από τη βροχή των κοσμικών ακτίνων, που έρχονται στον πλανήτη μας χωρίς διακοπή. Τα εργαστήρια Gran Sasso αντίθετα βρίσκονται 1.400 μέτρα κάτω από τους βράχους, τα οποία αποτελούν ένα αδιαπέραστο εμπόδιο για σχεδόν όλα τα σωματίδια που προέρχονται από το διάστημα. Χάρις σε αυτές τις ιδιαίτερες συνθήκες μπορέσαμε να πραγματοποιήσουμε το πείραμά μας", αναφέρει ο Carlo Broggini.

Το αποτέλεσμα είναι εκπληκτικό: ο κύκλος άνθρακα - αζώτου - οξυγόνου συμβαίνει δύο φορές πιο αργά από το αναμενόμενο. "Η πιο συναρπαστική πτυχή αυτής της μελέτης είναι, ότι εξ' αιτίας της αργής ταχύτητας της σύντηξης, η ηλικία του Σύμπαντος εκτιμάται διαφορετικά.

Στην πράξη, η ηλικία των αρχαιότερων αστεριών, εκείνων που σχηματίζουν τα σφαιρωτά σμήνη των αστεριών, υπολογίζεται στη βάση των φασμάτων που εκπέμπουν, υποθέτοντας ότι ξέρουμε την ταχύτητα του κύκλου άνθρακα - αζώτου - οξυγόνου.

Καθώς η αυτή τελευταία αντίδραση φαίνεται να γίνεται πιο αργά από όσο προβλεπόταν, η ηλικία των σφαιρωτών σμηνών των άστρων, επίσης, αναθεωρήθηκε και είναι μεγαλύτερη κατά 1 δισεκατομμύριο περίπου έτη.

Κατά συνέπεια, λαμβάνοντας υπόψη τα νέα στοιχεία του luna η ηλικία του Σύμπαντος από τα , περίπου, 13 δισεκατομμύρια χρόνια, οδηγούμαστε κάπου στα 14 δισεκατομμύρια", εξηγεί ο Eugenio Coccia, διευθυντής των Εθνικών Εργαστηρίων Gran Sasso.

Τα αποτελέσματα του Luna προσφέρουν επίσης κι άλλη πληροφορία: τα νετρίνο που προβλεπόταν να παράγονται με υψηλή ενέργεια από τον κύκλο του άνθρακα - αζώτου - οξυγόνου έχουν τη μισή ενέργεια από αυτή που αναμέναμε. Άρα αυτή η τελευταία είναι υπεύθυνη για το 0.8% μόνο της ενέργειας που εκπέμπεται από τον ήλιο (και όχι το 1.6%, όπως θεωρείται).

Αυτό το στοιχείο είναι μεγάλου ενδιαφέροντος για τους φυσικούς που μελετούν τα νετρίνο με σχετικά μεγάλη ενέργεια, που προέρχονται από τα άστρα. Τέτοια πειράματα είναι του Borexino στο Gran Sasso και το ιαπωνικό Kamland.