Ραδιοτηλεσκόπια θα ψάξουν πίσω στην αρχή του χρόνου

Πηγή: MIT, 6 Ιουλίου 2006

Μια νέα διάταξη ραδιοτηλεσκοπίων, που ονομάζεται Mileura Widefield (LFD), επιχορηγήθηκε  πριν λίγες ημέρες με 4,9 εκατομμύρια δολάρια, ενώ ένα πρωτότυπο αυτού του ραδιοτηλεσκοπίου κατασκευάζεται ήδη στο εσωτερικό της Αυστραλίας μακριά από κάθε ραδιοπαρέμβαση. Μόλις ολοκληρωθεί το τηλεσκόπιο αυτό (που η κατασκευή του θα γίνει από μια κοινοπραξία με επικεφαλής το MIT) θα αποτελείται από 500 επιφάνειες - η κάθε μία της οποίας περιέχει 16 ραδιοκεραίες.

Το παρατηρητήριο αυτό έχει σκοπό να παρατηρήσει γεγονότα πίσω στον χρόνο, όταν το σύμπαν ήταν στη βρεφική του ηλικία και υπήρχε μόνο σκοτεινή ύλη και αρχέγονο υδρογόνο. Θα πρέπει, μεταξύ των άλλων, να είναι σε θέση να δει τα πρώτα 'μπαλώματα' της ύλης με μια πολύ υψηλή πυκνότητα, καθώς και το αέριο που θα συσσωρεύεται για να σχηματίσει τα πρώτα αστέρια και τους γαλαξίες.

Η διάταξη Mileura Widefield - σε χαμηλές ραδιοσυχνότητες (LFD) - που πρόκειται να κατασκευαστεί στην Αυστραλία, θα επιτρέψει επίσης στους επιστήμονες να προβλέψουν καλύτερα τις ηλιακές εκρήξεις του υπέρθερμου ηλιακού αερίου που μπορούν να προκαλέσουν καταστροφές στους δορυφόρους, τις επικοινωνίες και τα δίκτυα του ηλεκτρισμού.

"Το σχέδιο του νέου τηλεσκοπίου στρέφεται σε πειράματα πάνω στην αστροφυσική και την επιστήμη της ηλιόσφαιρας. Πρόκειται μάλιστα να εκμεταλλευτούμε την τεράστια υπολογιστική ισχύ των σύγχρονων ψηφιακών ηλεκτρονικών συσκευών, που μετατρέπουν χιλιάδες μικρές, απλές, φτηνές κεραίες σε ένα από τα πιο ισχυρά και μοναδικά αστρονομικά όργανα στον κόσμο", λέει ο Colin Lonsdale, ο υπεύθυνος του προγράμματος στο παρατηρητήριο Haystack του MIT.

Το τηλεσκόπιο

Το LFD θα είναι μια σειρά από 500 επιφάνειες εξαπλωμένες σε μια περιοχή διαμέτρου 1,5 χιλιομέτρου. Κάθε επιφάνεια είναι περίπου 2 τετραγωνικά μέτρα και αποτελείται από 16 απλές και φτηνές διπολικές κεραίες, στερεωμένες στο έδαφος και κοιτάζοντας κατ' ευθείαν επάνω.

Τα μεγάλα συμβατικά τηλεσκόπια χαρακτηρίζονται από τους τεράστιους κοίλους δίσκους που εστιάζονται σε συγκεκριμένες περιοχές του ουρανού. Χάρις στη σύγχρονη ψηφιακή ηλεκτρονική, οι επιφάνειες LFD μπορούν επίσης "να οδηγηθούν" σε οποιαδήποτε κατεύθυνση - αλλά δεν απαιτείται κανένα κινούμενο μέρος. Και τα σήματα, ή τα στοιχεία, από κάθε μικρή κεραία συγκεντρώνονται και αναλύονται από ισχυρούς υπολογιστές. Συνδυάζοντας τα σήματα με διαφορετικούς τρόπους, οι υπολογιστές μπορούν σωστά "να κατευθύνουν" το τηλεσκόπιο σε διαφορετικές κατευθύνσεις.

Αυτή η ιδέα έχει εξεταστεί στο προτεινόμενο Ραδιο Αστρονομικό Πάρκο στην περιοχή Mileura στη Δυτική Αυστραλία με τρεις μόνο πρωτότυπες επιφάνειες "που συνδέονται μαζί με καλώδιοί" από επιστήμονες του MIT και της Αυστραλίας.

Το τηλεσκόπιο LFD θα λειτουργήσει στα ίδια μήκη ραδιοκυμάτων που γίνονται οι ραδιοφωνικές μεταδόσεις των FM και της τηλεόρασης. Έτσι εάν είχαν εγκατασταθεί κοντά σε μια μεγάλη κατοικημένη περιοχή, τα σήματα από την τελευταία θα πλημμύριζαν τους ραδιο-ψιθύρους από το βάθος του σύμπαντος. Η περιοχή του Mileura, εντούτοις, είναι εξαιρετικά "ραδιο ήρεμη" και είναι επίσης ιδιαίτερα προσιτή.

Πρώτος γαλαξίας, πρώτο αστέρι

Αμέσως μετά από το Big Bang, το σύμπαν ήταν μια σχεδόν ομοιόμορφη, χωρίς ιδιαίτερα χαρακτηριστικά, θάλασσα από σκοτεινή ύλη και αέριο. Πώς όμως διαμορφώθηκαν από αυτήν την μειλίχια ομοιομορφία δομές όπως ο Γαλαξίας μας; Με το πέρασμα του χρόνου, η βαρύτητα ανάγκασε την ύλη να συγκεντρωθεί μαζί, δημιουργώντας 'μπαλώματα' υψηλότερης και χαμηλότερης πυκνότητας. Σε κάποιο στενό χώρο συγκεντρώθηκε αρκετό αέριο στο οποίο προκλήθηκαν σύνθετες αστροφυσικές διαδικασίες, και έτσι γεννήθηκαν τα πρώτα αστέρια.

Σε γενικές γραμμές, μπορούμε να δούμε πώς και πότε συνέβη αυτό παρατηρώντας έως το απώτατο όριο του Κόσμου, επειδή όσο παρατηρούμε σε μεγαλύτερες αποστάσεις, κοιτάζουμε πίσω και στον χρόνο. Η ανακάλυψη αυτών των πρώτων άστρων μαζί με τους αρχέγονους γαλαξίες, μέσα στους οποίους έγινε η ανάφλεξη τους, είναι η αρχική αποστολή του LFD.

Με ποιό άραγε τρόπο θα το καταφέρει το τηλεσκόπιο αυτό;

Γιατί το υδρογόνο, από το οποίο αποτελείται το μεγαλύτερο μέρος της συνηθισμένης ύλης στο πρώιμο σύμπαν, εκπέμπει και απορροφά ραδιοκύματα. Και το μήκος κύματος αυτών των ραδιοκυμάτων μεγαλώνει, λόγω της διαστολής του σύμπαντος,  κάτι το οποίο μπορεί να ανιχνευθεί, να μετρηθεί και να αναλυθεί από το νέο τηλεσκόπιο. Επισημαίνοντας τις διακυμάνσεις στη φωτεινότητα σε μεγάλα τμήματα του ουρανού σε αυτά τα μήκη κύματος, μπορούμε να ανακαλύψουμε την κατάσταση του υδρογόνου όταν το σύμπαν ήταν ένα μικροσκοπικό τμήμα της σημερινής ηλικίας του.

"Τα αστρονομικά ραδιοτηλεσκόπια που λειτουργούν σε χαμηλή συχνότητα παρέχουν μια ευκαιρία να βεβαιωθεί ο σχηματισμός των πρώτων άστρων, των γαλαξιών και των σμηνών των γαλαξιών, καθώς και να εξεταστούν οι θεωρίες περί προέλευσης της δομής", αναφέρει η Jacqueline Hewitt, διευθύντρια του Ιδρύματος Kavli του MIT και καθηγήτρια της φυσικής. Πρόσθεσε μάλιστα ότι η "άμεση παρατήρηση αυτής της πρόωρης εποχής του σχηματισμού των μεγάλων δομών είναι αμφισβητήσιμα μια από τις σημαντικότερες μετρήσεις στην αστροφυσική κοσμολογία που έχει γίνει μέχρι τώρα".

Ο καθηγητής Rachel Webster του πανεπιστημίου της Μελβούρνης λέει, "Ελπίζουμε, επίσης να δούμε τις σφαιρικές οπές που δημιουργούνται από τα πρώιμα κβάζαρ (ενεργοί πυρήνες των γαλαξιών) στην ομαλή κατανομή του αρχέγονου υδρογόνου. Αυτές θα εμφανιστούν ως μικρά σκοτεινά σημεία, εκεί όπου η ακτινοβολία των κβάζαρ έχει διαχωρίσει το υδρογόνο σε πρωτόνια και ηλεκτρόνια."

Καταλαβαίνοντας το "διαστημικό καιρό"

Μερικές φορές, ο ήλιος γίνεται βίαιος. Εκτινάσσονται τεράστιες ποσότητες υπέρθερμου αερίου, ή πλάσμα όπως λέγεται, στο διαπλανητικό διάστημα και έρχεται σε πορεία σύγκρουσης με τη Γη. Αυτές οι "Στεφανιαίες Εκτινάξεις Μάζας (CME)"  και οι εκλάμψεις με τις οποίες συνδέονται, είναι υπεύθυνες για τα πολικά σέλη. Εντούτοις, μπορούν και να καταστρέψουν δορυφόρους, τις συνδέσεις των επικοινωνιών και τα δίκτυα του ηλεκτρισμού, ενώ μπορούν να διακινδυνέψουν και οι αστροναύτες.

Ο αντίκτυπος αυτών των εκτινάξεων του πλάσματος μπορεί να προβλεφθεί, αλλά όχι αρκετά καλά. Μερικές φορές, το εκτινασσόμενο υλικό εκτρέπεται από το γήινο μαγνητικό πεδίο και έτσι η Γη προστατεύεται. Άλλες φορές, η μαγνητική ασπίδα αποτυγχάνει στο έργο της και τότε μπορεί να ακολουθήσει εκτεταμένη ζημιά. Η διαφορά οφείλεται στις μαγνητικές ιδιότητες του πλάσματος.

Για να βελτιώσουν τις προβλέψεις και να δώσουν μια αξιόπιστη προειδοποίηση για τον καταστρεπτικό διαστημικό καιρό, οι επιστήμονες πρέπει να μετρήσουν το μαγνητικό πεδίο που διαπερνά το υλικό. Μέχρι τώρα, δεν υπάρχει κανένας τρόπος για να γίνει αυτή η μέτρηση έως ότου φτάσει το υλικό κοντά στη γη.

Η διάταξη όμως LFD υπόσχεται να αλλάξει αυτό το γεγονός. Το τηλεσκόπιο θα δει χιλιάδες φωτεινές ραδιοπηγές. Το πλάσμα που εκτινάσσεται από τον ήλιο αλλάζει τα ραδιοκύματα εκείνων των πηγών καθώς αυτά διαπερνούν το ένα μέσω του άλλου, αλλά με έναν τρόπο που εξαρτάται από την ισχύ και την κατεύθυνση των μαγνητικών πεδίων. Με την ανάλυση αυτών των μεταβολών, οι επιστήμονες θα είναι σε θέση επιτέλους να συναγάγουν τις πολύ σημαντικές ιδιότητες των μαγνητικών πεδίων των Στεφανιαίων Εκτινάξεων Μάζας.

"Θα είναι η κρισιμότερη μέτρηση που έγινε ποτέ για το πρόγραμμα του διαστημικού καιρού, δεδομένου ότι θα δίνει μια έγκαιρη προειδοποίηση για τα αποτελέσματα του διαστημικού καιρού στη γη πολύ πιο μπροστά από το χρόνο που θα φτάσει το πλάσμα", αναφέρει ο Joseph Salah, διευθυντής του παρατηρητήριου Haystack.