«Σκόνη» η μεγαλύτερη ανακάλυψη

Τον περασμένο Μάρτιο μία ομάδα αστρονόμων από το Κέντρο Αστροφυσικής Χάρβαρντ-Σμιθσόνιαν των ΗΠΑ, που έγινε γνωστή ως ομάδα BICEP, παρατήρησε, από το ισχυρό τηλεσκόπιό της στον Νότιο Πόλο, «ζάρες στο ύφασμα» του Διαστήματος που πιθανώς να αποτελούν το απομεινάρι της ακτινοβολίας της Μεγάλης Έκρηξης.

«Μία νέα εποχή στην κοσμολογία», «η μεγαλύτερη ανακάλυψη του 21ου αιώνα» και άλλα διθυραμβικά σχόλια συνόδευσαν τα ευρήματα, παρότι η επιστημονική κοινότητα, συμπεριλαμβανομένης της ομάδας BICEP, τόνισε την ανάγκη επιβεβαίωσης των αποτελεσμάτων.
Οι πρώτες σκιές αμφιβολίας ξεκίνησαν να πέφτουν τον Ιούνιο, όταν η ίδια ερευνητική ομάδα μετά εβδομάδες συζητήσεων, διαπληκτισμών και αντιπαραθέσεων με ανεξάρτητους κριτές επιστημονικών περιοδικών και άλλους αστροφυσικούς, παραδέχτηκε, με δημοσίευση στο επιστημονικό περιοδικό Physical Review Letters, ότι υπάρχει πιθανότητα η διαστρική σκόνη να ευθύνεται για ένα ποσό ή και για ολόκληρο το σήμα που κατέγραψαν.
Οι ελπίδες της επιστημονικής κοινότητας εναποτέθηκαν στα ευρήματα του διαστημικού τηλεσκοπίου Planck της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος (ΕSA) που τελικά, πριν από λίγες εβδομάδες, όπως ανακοινώθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Astronomy & Astrophysics, επιβεβαίωσε ότι η διαστρική σκόνη... έχει βάλει το χέρι της στα αποτελέσματα.
«Η ομάδα BICEP είχε πράγματι επιλέξει μία από τις πιο καθαρές περιοχές του ουρανού για να ψάξει για βαρυτικά κύματα. Τώρα όμως που με το Planck έχουμε στα χέρια μας τον χάρτη της κατανομής της σκόνης σε ολόκληρο τον ουρανό, βλέπουμε ότι δεν υπάρχει περιοχή του ουρανού χωρίς καθόλου σκόνη», λέει στην «Κ» ο Τίμοθι Πίρσον, από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Καλιφόρνιας και μέλος της ερευνητικής ομάδας του διαστημικού τηλεσκοπίου Planck.
Οι ρυτιδώσεις που αναζητούν οι επιστήμονες ονομάζονται βαρυτικά κύματα και, αν αποδειχθεί η ύπαρξή τους, αποτελούν τη σφραγίδα της βίαιης διαστολής του σύμπαντος κατά τη διάρκεια των πρώτων στιγμών της δημιουργίας του.
Η «βρεφική» αυτή εικόνα του σύμπαντος εκτός ότι μπορεί να δώσει πληροφορίες για τη δημιουργία των γαλαξιών, μπορεί να επιβεβαιώσει τη θεωρία του κοσμολογικού πληθωρισμού και ότι το ορατό μας σύμπαν αποτελεί ένα απειροελάχιστο κομμάτι ενός πολύ μεγαλύτερου κόσμου.
Οι επιστήμονες του BICEP προσπάθησαν να ανιχνεύσουν το σήμα των βαρυτικών κυμάτων σε ένα μικρό τμήμα του ουρανού, μέσω της πόλωσης της Κοσμικής Μικροκυματικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου, γνωστή ως CMB (Cosmic Microwave Background), δηλαδή να παρατηρήσουν την πόλωση της ακτινοβολίας-απομεινάρι της Μεγάλης Εκρηξης στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα μικροκυμάτων.
«Δεν λέμε ότι τα αποτελέσματα της ομάδας BICEP είναι λανθασμένα, έκαναν ό,τι καλύτερο μπορούσαν με τα στοιχεία που είχαν μέχρι εκείνη τη στιγμή. Το μόνο που λέμε είναι ότι υπάρχει πολύ μεγάλη πιθανότητα η σκόνη να έχει αλλοιώσει τα αποτελέσματά τους», λέει ο δρ Πίρσον.
Για να «ξεσκονίσουν» τα ευρήματά τους οι επιστήμονες προσπαθούν να καταλάβουν τα χαρακτηριστικά της σκόνης και να μελετήσουν την πόλωσή της, ώστε να μπορέσουν να αφαιρέσουν τη συνεισφορά της από τα ευρήματά τους.
«H σκόνη που υπάρχει στο Διάστημα ανάμεσα στα αστέρια, και η οποία μοιάζει με τη σκόνη όπως την ξέρουμε στο σπίτι μας, αποτελείται από υπολείμματα νεκρών αστεριών» εξηγεί στην «Κ» ο καθηγητής αστροφυσικής Κωνσταντίνος Τάσσης από το Πανεπιστήμιο Κρήτης, ειδικός στη φυσική της μεσοαστρικής ύλης.
«Καθώς πεθαίνουν τα αστέρια επιστρέφουν το υλικό τους στο μεσοαστρικό χώρο, ένα υλικό που λειτουργεί σαν λίπασμα για να φτιαχτούν καινούργια αστέρια», προσθέτει η Βασιλική Παυλίδου, επίσης καθηγήτρια αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο της Κρήτης, η οποία μαζί με τον κ. Τάσση μετρούν την πόλωση της κοσμικής ακτινοβολίας μέσα από το τηλεσκόπιο του Πανεπιστημίου στον Ψηλορείτη.
Ο λόγος της πόλωσης
Όπως εξηγούν οι Έλληνες επιστήμονες, επειδή οι θερμοκρασίες στον μεσοαστρικό χώρο είναι πολύ χαμηλές, τα βαρύτερα από τα στοιχεία που την αποτελούν στερεοποιούνται, προσκολλάται το ένα στο άλλο και δημιουργούν κόκκους σκόνης που μοιάζουν με μικροσκοπικές πευκοβελόνες.
«Ο λόγος που παίρνεις πόλωση από τη σκόνη είναι πολύ διαφορετικός από την πόλωση των βαρυτικών κυμάτων, αλλά το αποτέλεσμα μπορεί να είναι παρόμοιο» διευκρινίζει η κ. Παυλίδου. Οι κόκκοι της σκόνης, όπως και κάθε σώμα που έχει κάποια θερμότητα εκπέμπει ακτινοβολία, η οποία όμως δεν φαίνεται με το μάτι γιατί εκπέμπεται στα μικροκύματα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.
Πόλωση της σκόνης σημαίνει ευθυγράμμιση της ακτινοβολίας που εκπέμπει, μία ευθυγράμμιση για την οποία ευθύνονται τα μαγνητικά πεδία που διαπερνούν τον χώρο ανάμεσα στα αστέρια. «Ενα πολύ μικρό μαγνητικό πεδίο, 10 δισεκατομμύρια φορές μικρότερο από τα μαγνητικό πεδίο της Γης, είναι αρκετό για να ευθυγραμμίσει αυτές τις μικρές βελόνες και να πολώσει το φως που εκπέμπουν», συμπληρώνει ο κ. Τάσσης.
Το πολωσίμετρο του Ψηλορείτη
Για να κατανοηθεί σε βάθος η συνεισφορά της σκόνης σε τέτοιες έρευνες, σύμφωνα με τους Έλληνες ερευνητές, είναι χρήσιμο να διερευνηθεί η δράση της όχι μόνο στα μικροκύματα, αλλά σε ολόκληρο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, συμπεριλαμβανομένου του ορατού.
Παρότι η σκόνη από τη μία είναι πολύ ψυχρή και δεν ακτινοβολεί στο ορατό φάσμα, την ίδια στιγμή απορροφά μέρος του φωτός των αστεριών. Όπως πέφτει η ένταση του φωτός του ήλιου όταν αυτό περνά μέσα από τα σύννεφα, έτσι και η ακτινοβολία κάποιου αστεριού που περνά μέσα από ένα νέφος σκόνης πέφτει, γιατί ένα μέρος του φωτός απορροφάται από τη σκόνη. Η σκόνη, η οποία λειτουργεί σαν φακός polaroid, πολώνει αυτήν την ακτινοβολία.
Την κατεύθυνση αυτής της πόλωσης, όπως και άλλων κοσμικών πηγών, μπορεί να μετρήσει το πολωσίμετρο RoboPol που έχει εγκαταστήσει μία διεθνής ερευνητική ομάδα στο μεγάλο τηλεσκόπιο του Πανεπιστημίου Κρήτης και του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας στο Ηράκλειο.
«Όταν παρατηρείς πόλωση στο ορατό δεν βλέπεις την CMB (Κοσμική Μικροκυματική Ακτινοβολία) βλέπεις μόνο σκόνη, οπότε μπορείς να δημιουργήσεις ένα χάρτη της σκόνης», λέει η κ. Παυλίδου, η οποία μαζί με τον κ. Τάσση ανήκουν στην ερευνητική ομάδα του RoboPol. «Στο μέλλον μία από κοινού ανάλυση της πόλωσης του αστρικού φωτός με τη μικροκυματική πόλωση που καταγράφει το Planck, θα μπορούσε να μας δώσει μία πληρέστερη εικόνα του γαλαξία, με την κατανομή της σκόνης και των μαγνητικών πεδίων σε αυτόν, ενώ σίγουρα θα βοηθήσει στην κατανόηση μελλοντικών παρατηρήσεων της CMB», λέει ο κ. Πίρσον, που εκτός από επιστήμονας του Planck συμμετέχει και στην ερευνητική ομάδα του RoboPol.
«Αν η ομάδα BICEP έχει δίκιο και μέρος του σήματος που ανίχνευσε οφείλεται πράγματι σε βαρυτικά κύματα, μέσα σε ένα-δύο χρόνια θα μπορέσουν να το επιβεβαιώσουν με τηλεσκόπια από την επιφάνεια της Γης», λέει ο κ. Πίρσον.
«Αν όμως αποδειχθεί ότι η ποσότητα της σκόνης στον ουρανό είναι τόσο πολλή που δεν μπορεί να διακριθεί το αρχέγονο φως, θα χρειαστεί να μπει σε εφαρμογή ένα νέο διαστημικό σχέδιο, ένα νέο διαστημικό τηλεσκόπιο», προσθέτει, εξηγώντας ότι σε αυτήν την περίπτωση δεν πρέπει να περιμένουμε σύντομα απαντήσεις, τουλάχιστον μέσα στα επόμενα 10 χρόνια.