Τρίτη, 23 Οκτωβρίου 2018

Πώς το Hubble ξεκλείδωσε το Σύμπαν

Η μέτρηση των αποστάσεων που έχουν απομακρυσμένα αντικείμενα στο διάστημα από τη Γη, δεν είναι εύκολη υπόθεση. Αποδεικνύεται ότι λέγοντας κάτι συνηθισμένο όπως «ο γαλαξίας της Ανδρομέδας είναι περίπου 2,5 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά» είναι στην πραγματικότητα πολύ δύσκολο να καταλάβεις πως βρέθηκε αυτή η απόσταση. Οι σύγχρονες αστρονομικές μετρήσεις βασίζονται σε μια σειρά αλληλεπικαλυπτόμενων, αλληλοσυνδεόμενων τεχνικών που λειτουργούν σταθερά προς τα έξω σε όλο και μεγαλύτερες αποστάσεις, σε όλη τη διαδρομή από το φεγγάρι μέχρι την άκρη του παρατηρούμενου Σύμπαντος. 
 
Ένα από τα βασικά εργαλεία σε αυτή τη λεγόμενη «κλίμακα κοσμικών αποστάσεων», είναι κάτι παράξενα αστρονομικά αντικείμενά γνωστά ως μεταβλητές Κηφείδες. Ονομάστηκαν έτσι από τον μεγαλοπρεπή αστερισμό όπου ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά, ενώ α αστέρια αυτά έχουν μια πολύ περίεργη και πολύ χρήσιμη ιδιότητα: εκπέμπουν παλμούς σαν τους φάρους.
 
Μέσα σε ένα διάστημα λίγων ημερών, αυτά τα αστέρια γίνονται με σταθερό τρόπο φωτεινότερα και ακτινοβολούν πιο έντονα, ακολουθώντας μετά ένα κανονικό, επαναλαμβανόμενο μοτίβο φωτεινότητας. Το φαινόμενο οφείλεται σε περιοδικές αναπάλσεις (συστολή και διαστολή) της ατμόσφαιρας των άστρων αυτών.

Και στις αρχές του 1900 μια θαυμάσια ταλαντούχος αστρονόμος, η Henrietta Leavitt ανακάλυψε ότι αυτές οι μεταβλητές Κηφείδες δεν είναι μόνο βαρετά μεταβλητές – αλλά και είναι ενδιαφέρουσα μεταβλητές.  Η Leavitt κατάφερε να δείξει ότι υπάρχει μια σχέση μεταξύ της απόλυτης φωτεινότητας (άρα και απόλυτου μεγέθους, όχι το πόσο φωτεινοί μας φαίνονται) και της περιόδου του φωτεινού παλμού, που συνήθως είναι μερικές ώρες η και ημέρες ακόμη.
 
Έτσι οι κηφείδες μικρής περιόδου είναι καλοί δείκτες της απόστασης στο διάστημα, επειδή η απόσταση έχει άμεση σχέση με τη φωτεινότητα τους – άρα οι αστρονόμοι μπορούν να χρησιμοποιήσουν την φωτεινότητα τους για τον υπολογισμό της απόστασης. Το Βόρειο Άστρο ή Πολικός είναι ένας πολύς γνωστός και κλασικός κηφείδης. Και αν ξέρετε πόσο φωτεινό είναι κάτι μπορείτε να υπολογίσετε την απόσταση του. 
 
Θα μπορούσατε έτσι να ξέρετε με βεβαιότητα ποιό αστέρι είναι πιο μακριά και ποιό είναι πιο κοντά. Για κάθε αστέρι θα μπορούσατε να συγκρίνετε την πραγματική του φωτεινότητα με τη φωτεινότητα που μετράτε στον ουρανό, να κάνετε λίγο τριγωνομετρία γυμνασίου και θα γνωρίζετε την απόσταση σας από αυτά τα αστρικά αντικείμενα.
 
Τα μεταβλητά αστέρια Κηφείδες λοιπόν έχουν μια εξαιρετικά χρήσιμη ιδιότητα: ο ρυθμός των παλμών τους συσχετίζεται άμεσα με την πραγματική (εγγενή) τους φωτεινότητα. Αυτή η πραγματική φωτεινότητα μπορεί να συγκριθεί με την φαινόμενη φωτεινότητα (που βλέπουμε) στον ουρανό, δίνοντάς μας έναν τρόπο να εκτιμήσουμε την απόστασή τους. Καθαρά πράγματα. 
 
Αυτό είναι δύσκολο να γίνει με οποιοδήποτε παλιό αστέρι, επειδή είναι δύσκολο να γνωρίζουμε την πραγματική τους φωτεινότητα. Αλλά ευτυχώς οι Κηφείδες δεν είναι απλώς κάποιο παλιό αστέρι. Επειδή μπορείτε να μετρήσετε την μεταβλητότητα της λαμπρότητας τους και η μεταβλητότητα αυτή συνδέεται άμεσα με την εγγενή ή πραγματική φωτεινότητα τους, μπορείτε να υπολογίσετε τις αποστάσεις τους με (σχετική) ευκολία.
 
Αργότερα ο Edwin Hubble διαπίστωσε για πρώτη φορά ότι ο γαλαξίας της Ανδρομέδας είναι 1ον ένας άλλος γαλαξίας και 2ον βρίσκεται πολύ μακριά, κάνοντας έτσι το πρώτο μας μεγάλο άλμα στην ευρύτερη κοσμολογική σκηνή. Και τώρα ξέρετε γιατί το Hubble (το διαστημικό τηλεσκόπιο) πήρε το όνομά του από τον αστρονόμο Hubble.
 
Αλλά οι Κηφείδες μπορούν να μας πάνε πολύ μακριά. Μπορείτε να παρατηρήσετε ένα μεμονωμένο αστέρι και με ένα ευαίσθητο τηλεσκόπιο να καταγράψετε την διακύμανση της φωτεινότητας του με την πάροδο του χρόνου. Αυτό φυσικά δεν είναι εύκολο και είναι πολύ, πολύ πιο δύσκολο όσο πιο μακριά πάτε.
 
Για να φτάσουμε στις πραγματικά τεράστιες κοσμολογικές αποστάσεις που γνωρίζουμε και μας εκπλήσσουν σήμερα, μεταβαίνουμε σε άλλες τεχνικές. Αλλά αυτές οι τεχνικές (για παράδειγμα, κοιτάζοντας ορισμένα είδη σουπερνόβας ή κβάζαρ ή με τη βοήθεια βαρυτικών κυμάτων) δεν είναι καθόλου καλές για τις σχετικά κοντινές αποστάσεις, έτσι οι Κηφείδες παρέχουν τις κρίσιμες πληροφορίες για να τις υπολογίσουμε. 
 
Και εδώ μας βοήθησε απίστευτα το Hubble, που μπορεί να δει πολύ μακρινούς Κηφείδες. Και βρίσκεται στο διάστημα, οπότε δεν χρειάζεται να ανησυχούμε για την ενοχλητική ατμόσφαιρα που αλλοιώνουν τις μετρήσεις. Με αυτά τα πλεονεκτήματα και άλλες προόδους, οι αστρονόμοι καταφέρνουν να εντοπίσουν τις αποστάσεις έως τρεις δωδεκάδες γαλαξίες σε απόσταση 65 εκατομμυρίων ετών φωτός, με πολλαπλές μετρήσεις Κηφείδων ανά γαλαξία, για να επιβεβαιώσουν τις μετρήσεις των αποστάσεων τους. 
 
Αυτό το μοναδικό αποτέλεσμα του Hubble βοήθησε πάρα πολύ για να μάθουμε τις κοσμικές αποστάσεις, βοηθώντας μας να μάθουμε περισσότερα για τα πάντα, από την ιστορία του σύμπαντος μας μέχρι τη φύση της σκοτεινής ενέργειας. Και αυτή η βοήθεια ήταν μόνο ένα μικρό κομμάτι από αυτά που έχουν επιτευχθεί με το Hubble. Όπως η ακριβής μέτρηση της σταθεράς του Hubble και της ηλικίας του σύμπαντος.
 
Οι νέες μετρήσεις του Hubble με τη βοήθεια μακρινών Κηφείδων, των υπερκαινοφανών τύπου Ia και II μακρινών κβάζαρ, δίνουν σήμερα στην σταθερά του Hubble H0 μια συνδυασμένη πολύ ακριβή τιμή:   H0 = 72,5 (+2,1/-2,3)  km / sec / Mpc).
 
Όμως τα τελικά αποτελέσματα με την αποστολή Planck έδωσαν ότι η σταθερά  είναι H0 = 67,66 ± 0,42
 
Γνωρίζοντας δε με ακρίβεια την σταθερά του Hubble H0 υπολογίζουμε ότι η ηλικία του σύμπαντος T=1/H0 είναι περίπου 13.8 δισ. ετών.

Δεν υπάρχουν σχόλια :

Δημοσίευση σχολίου