|
Σχεδόν μια δεκαετία πριν, οι αστρονόμοι ανακάλυψαν την ύπαρξη μιας
εκπληκτικής σκοτεινής ενέργειας - μια μυστήρια δύναμη που αναγκάζει τους
γαλαξίες να απομακρύνονται μεταξύ τους αλλά και επιταχύνει την διαστολή
του Κόσμου. Επίσης γνωστή και ως ενεργειακή πυκνότητα του κενού,
η σκοτεινή ενέργειας είναι μια ιδιότητα του ίδιου του διαστήματος. Οι
επιστήμονες έχουν πολλές ερωτήσεις για τη φύση της σκοτεινής ενέργειας.
Μια ερώτηση που μπορεί σύντομα να απαντηθεί είναι η εξής: Είναι η
ενεργειακή πυκνότητα του κενού σταθερή κατά τη διάρκεια του κοσμικού
χρόνου;
Οι θεωρητικοί Stuart Wyithe (πανεπιστήμιο της Μελβούρνης) και Avi Loeb
(Σμιθσονιτικό Κέντρο για την Αστροφυσική στο Χάρβαρντ CfA) υποδεικνύουν
ότι η απάντηση σε αυτή την ερώτηση γίνεται μελετώντας την κατανομή των
μακρινών μεγάλων περιοχών - σαν θύλακες -με υδρογόνο, οι
οποίες θα δώσουν ενδείξεις για την ιστορία της σκοτεινής ενέργειας.
"Η πιο απλή προσδοκία είναι ότι η ενεργειακή πυκνότητα του κενού ήταν
σταθερή σε όλη την χρονική διάρκεια του Κόσμου", μια κοσμολογική
σταθερά - αλλά πρέπει να την
ελέγξουμε εκεί έξω. Μπορούμε μάλιστα να εκπλαγούμε από την απάντηση",
λέει ο Loeb.
Η σκοτεινή ενέργεια έκανε την πρώτη εμφάνισή της στη Γενική Θεωρία
της σχετικότητας Αϊνστάιν. Ο Αϊνστάιν θεώρησε στην αρχή ότι ο Κόσμος ήταν
στατικός, κι έτσι παρενέβαλε μια σταθερά, μια απωστική δύναμη, στις εξισώσεις
του για να εξισορροπήσει στην αδυσώπητη έλξη της βαρύτητας σε όλους τους
γαλαξίες. Όταν όμως ο Edwin Hubble διαπίστωσε ότι ο Κόσμος επεκτείνεται,
ο Αϊνστάιν απέσυρε την κοσμολογική του σταθερά και φημολογείται πως την
ονόμασε το "μεγαλύτερό μου σφάλμα."
Το 1998, δύο ομάδες αστρονόμων ανακάλυψαν ότι η διαστολή του σύμπαντος
γίνεται με επιτάχυνση και όχι με επιβράδυνση, αν και βρίσκεται κάτω από την
έλξη της βαρύτητας.
Ανάστησαν λοιπόν την κοσμολογική σταθερά του Αϊνστάιν υπό τη μορφή της σκοτεινής ενέργειας.
Ενώ η σκοτεινή ενέργεια υπάρχει σαφώς και τα αποτελέσματά του είναι ορατά
στους αστρονόμους, κανένας δεν ξέρει τι την προκαλεί ή εάν είναι αληθινά
σταθερή κατά τη διάρκεια του χρόνου. "Η προέλευση της σκοτεινής ενέργειας
είναι το μεγαλύτερο άλυτο πρόβλημα στην αστροφυσική", τονίζει ο Wyithe.
Ερευνώντας τη σκοτεινή ενέργεια
Για να μελετήσουν την προηγούμενη συμπεριφορά της σκοτεινής ενέργειας, οι
αστρονόμοι πρέπει να εξετάσουν το απόμακρο σύμπαν, σε μια περιοχή το φως
της οποίας χρειάστηκε δισεκατομμύρια χρόνια για το ταξίδι της στη Γη. Σε
αυτές
τις μεγάλες αποστάσεις, οι μεμονωμένοι γαλαξίες και οι σουπερνόβες -
χρησιμοποιούνται σαν κοσμικοί φάροι στη μελέτη της σκοτεινής ενέργειας στη γειτονιά
μας - εξασθενίζουν κοντά στη Γη. Γι αυτό απαιτείται ένας νέος κοσμικός
φάρος για να μας καθοδηγεί.
Οι Wyithe και Loeb προτείνουν τη ραδιοεκπομπή από το ουδέτερο υδρογόνο,
το μήκος κύματος του οποίου μεγαλώνει από την αρχική τιμή των 21
εκατοστών λόγω της επέκτασης του σύμπαντος (μια διαδικασία που ονομάζεται
μετατόπιση προς το ερυθρό ή redshift z).
Αφότου το σύμπαν επαν-ιονίστηκε στους πρώτους γαλαξίες (στα
πρώτα δισεκατομμύρια χρόνια), ένα μικρό μέρος του υδρογόνου παρέμεινε
ουδέτερο, επιζώντας σε πυκνούς θύλακες. Οι αστρονόμοι δεν είχαν
αναγνωρίσει πριν από αυτήν την επιστημονική εργασία ότι τα σήματα των 21
εκατοστών από το εναπομείναν υδρογόνο μπορεί να είναι ανιχνεύσιμα.
Οι Wyithe και Loeb έδειξαν ότι, στην πραγματικότητα, τα επερχόμενα
διαστημικά παρατηρητήρια θα είναι σε θέση να ανιχνεύσουν τα σήματα των 21
εκ. από το απόμακρο, νεαρό σύμπαν,
ακόμα και όταν ιονίστηκε στο μεγαλύτερο μέρος του. Επιπλέον, ενώ η ισχύς
των σημάτων
μειώνεται μετά από τον επαν-ιονισμό, και ο θόρυβος επίσης μειώνεται. Σε
γενικές γραμμές, το σήμα των 21 εκ. από το ουδέτερο υδρογόνο μπορεί να μετρηθεί,
έχοντας όμως υποστεί μια μετατόπιση στο ερυθρό (redshift) z=15, όταν το
σύμπαν
ήταν μόνο 200 εκατομμυρίων ετών.
"Δεν υπάρχει καμία άλλη βιώσιμη τεχνική για να μελετηθεί η σκοτεινή
ενέργεια με υψηλά redshifts", δηλώνει ο Loeb.
Συμπαντικά ηχητικά κύματα
Στις πιο πρώιμες στιγμές του σύμπαντος, οι μικρές διακυμάνσεις στην
ενεργειακές πυκνότητα και την πίεση προκάλεσαν ταλαντώσεις, στέλνοντας
έτσι ηχητικά κύματα που επεκτάθηκαν σε όλο το διάστημα, σαν τους κυματισμούς
σε μια λίμνη. Το μέγεθος του πιο ακραίου "κυματισμού" είναι περίπου 500
εκατομμύρια έτη φωτός σήμερα. Αυτά τα συμπαντικά ηχητικά κύματα
επηρέασαν τη μεγάλης κλίμακας δομή στην κατανομή των γαλαξιών, και πράγματι
η υπογραφή τους ανιχνεύθηκε πρόσφατα στις έρευνες των γαλαξιών με χαμηλά redshifts.
Το ουδέτερο αέριο υδρογόνο πρέπει να παρουσιάζει ίδια μοτίβα κατανομής με
τους γαλαξίες λόγω των αρχέγονων ηχητικών ταλαντώσεων. Με τη μελέτη της
μεγάλης κλίμακας κατανομής του υδρογόνου στον πρώιμο Κόσμο, οι αστρονόμοι
μπορούν να μάθουν πώς η σκοτεινή ενέργεια επηρέασε την ανάπτυξη της δομής
στα κρίσιμα πρώτα-πρώτα δισεκατομμύρια χρόνια.
Θεωρητικά, όργανα που τώρα βρίσκονται υπό κατασκευήν όπως το Murchison (στο παρελθόν
λεγόταν Mileura) Δίκτυο Ευρέως Πεδίου (MWA) και οι μελλοντικές επεκτάσεις
του θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν τα σήματα των 21 εκ. από το υδρογόνο στα πρώτα 1
έως 4 δισεκατομμύρια έτη της ιστορίας του σύμπαντος, που αντιστοιχεί σε
ένα redshift 1,5 έως 6.
"Η ευρεία περιοχή των redshifts που μπορούμε να φθάσουμε είναι σημαντική επειδή
μπορούμε να πάρουμε το σήμα ανεξάρτητα από το πότε επαν-ιονίστηκε το
σύμπαν",
εξήγησε ο Wyithe.
Δύο εργασίες που περιγράφουν την έρευνα των Wyithe και Loeb είναι
απευθείας προσβάσιμες στο δίκτυο http://arxiv.org/abs/0708.3392 και
http://arxiv.org/abs/0709.2955
(η τελευταία μαζί με τον Paul Geil του πανεπιστημίου της Μελβούρνης).
|
