Φως στο βάθος

Αυτό το καλοκαίρι (που, ας υπενθυμίσουμε ότι έχει ακόμα πάνω από μια βδομάδα μπροστά του, σε αντίθεση με ό,τι λένε οι ενοχλητικές εθιμικές ευχές), αυτό το καλοκαίρι λοιπόν οι κυριότερες ειδήσεις φυσικής είχαν να κάνουν με το διάστημα, τόσο με διαστημική εξερεύνηση όσο και με ευρήματα  αστροφυσικής. 

Καρτ ποστάλ από τα βάθη του διαστήματος 

Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb κατασκευάστηκε και εκτοξεύθηκε με επιτυχία τον περασμένο χειμώνα από τη NASA και τις ESA και CSA (Ευρωπαϊκή και Καναδική Υπηρεσία Διαστήματος). Τους μήνες που ακολούθησαν ταξίδεψε μέχρι το σημείο όπου έχει “παρκάρει” αφήνοντας τη Γη να το ρυμουλκεί βαρυτικά, και προετοίμασε τα όργανά του για τις αστρονομικές παρατηρήσεις που θα φέρει σε πέρας τα επόμενα δέκα με είκοσι χρόνια. Και μετά άρχισε να δίνει δείγματα του τι είναι ικανό να κάνει. 

Κατ’αρχάς τον Ιούλιο δόθηκαν στη δημοσιότητα οι, ήδη περίφημες, πέντε πρώτες φωτογραφίες του από τα βάθη του διαστήματος (με ανάλυση εμφανώς καλύτερη από του τηλεσκόπιου Hubble που τροφοδότησε την ανθρωπότητα με μνημειώδεις εικόνες τις τελευταίες δεκαετίες). 

Το νέφος της Τρόπιδας. [NASA, ESA, CSA, and STScI]

Μακρινές ατμόσφαιρες 

Τον Αύγουστο ήρθε η δεύτερη γεύση τού τι πρόκειται να γίνει, όταν βρέθηκε πως ένας πλανήτης σε απόσταση 700 ετών φωτός έχει στην ατμόσφαιρά του διοξείδιο του άνθρακα. 

Το ίδιο το διοξείδιο ή ο πλανήτης-γίγαντας WASP-39 b δεν αποτελούν είδηση, αλλά το Webb έδειξε έτσι πως είναι έτοιμο για τη μελέτη της ατμόσφαιρας εξωπλανητών, που είναι ένας από τους κύριους στόχους του. Για την ιστορία, αυτό θα γίνεται κοιτάζοντας πλανήτες που περνούν ανάμεσα στο αστέρι τους και σε εμάς, και αναλύοντας το φως του αστεριού περασμένο μέσα από την πλανητική ατμόσφαιρα. Τα συστατικά της ατμόσφαιρας αλλάζουν το και ανιχνεύονται στο φάσμα του, κάνοντας τους αστροφυσικούς να ελπίζουν πως τελικά θα εντοπιστούν πλανήτες με περιβάλλοντα φιλικά στην ανάπτυξη ζωής. 

Το φάσμα που μαρτυράει την παρουσία διοξείδιου του άνθρακα. [NASA, ESA, CSA, L. Hustak (STScI)]

Τον ίδιο καιρό, η ESA έδωσε στη δημοσιότητα φωτογραφίες που τραβήχτηκαν από το διαστημόπλοιο Mars Express και δείχνουν το μεγαλύτερο φαράγγι του ηλιακού συστήματος με μεγαλύτερη λεπτομέρεια από ποτέ.

Το Χάσμα Tithonium στη Valles Marineris. [ESA/DLR/FU Berlin]

Mixtape από τα βάθη του διαστήματος 

Όλα πάνε καλά με τις διαστημικές φωτογραφίες, αλλά τι γίνεται με τον διαστημικό ήχο; Η προφανής απάντηση είναι ότι δε διαδίδεται ήχος στο κενό του διαστήματος. Φαίνεται όμως πως στη NASA τα άτομα που σκέφτονται δημιουργικά δεν περιορίζονται μόνο σε όσους χρωματίζουν φωτογραφίες… 

Συχνά, μεγάλες περιοχές του διαστήματος δεν είναι καθόλου κενές αλλά γεμάτες από αέρια, φερ’ειπείν νέφη που σχηματίζονται γύρω από μαύρες τρύπες. Και πριν από λίγα χρόνια παρατηρήθηκε ότι μέσα στο νέφος γύρω από την κεντρική μαύρη τρύπα του σμήνους γαλαξιών του Περσέα ταξιδεύουν ηχητικά κύματα. Και φέτος έφτασε ο καιρός να ακούσουμε αυτή τη φωνή από το υπερπέραν: 

Υποσημείωση: Στην πραγματικότητα ο ήχος που εντοπίστηκε στο νέφος του Περσέα είναι τόσο μπάσος που σε αυτό το βίντεο χρειάστηκε να ανεβαστεί κατά 57 οκτάβες. Κι επειδή περισσότερα μπάσα σημαίνει και μικρότερη συχνότητα, η συχνότητα με την οποία κυκλοφορεί στο νέφος είναι ίση με δέκα εκατομμύρια χρόνια. 

Μετρήσεις με αρχαίο φως 

Ας κλείσουμε με την πιο σκληροπυρηνική είδηση του καλοκαιριού, που είναι ότι έγινε καταγραφή της σκοτεινής ύλης γύρω από αρχαίους γαλαξίες, χρησιμοποιώντας το κατά πόσο η βαρύτητά τους παραμορφώνει το αχνό διάχυτο φως που λούζει όλο το σύμπαν και που εκπέμφθηκε πριν δεκατρία δις χρόνια. 

Ας το πάρουμε απ’την αρχή. (Trigger warning: το υπόλοιπο άρθρο είναι λίγο πιο εφιαλτικό από ό,τι συνήθως και ενδείκνυται μόνο για αποφασισμένους ή όσους πραγματικά δεν έχουν κάτι άλλο να κάνουν.) Εδώ και κάποιες δεκαετίες είναι γνωστό στους αστροφυσικούς πως οι γαλαξίες είναι πιο βαρειοί απ’ό,τι λένε οι σχετικοί υπολογισμοί· αν και δεν ξέρουμε τι είναι αυτό το πλεόνασμα, η επικρατέστερη απάντηση είναι πως υπάρχει άφθονη ύλη κάποιας μορφής που δεν μπορούμε να παρατηρήσουμε, η γνωστή σαν σκοτεινή ύλη. 

Ένα “κενό” στις σχετικές παρατηρήσεις είναι πως δεν ξέρουμε πολλά για την παρουσία της σε γαλαξίες που σχηματίστηκαν όταν το σύμπαν ήταν πολύ νεαρό, π.χ. μέσα στο πρώτο δισεκατομμύριο χρόνια του: οι εν λόγω γαλαξίες δείχνουν πολύ μακρινοί από εμάς (το φως τους ταξίδεψε επί δώδεκα δις χρόνια μέχρι να μας φτάσει) και πολύ [ξεθωριασμένοι]. Έτσι έπρεπε να βρεθεί κάποιος έμμεσος τρόπος να μελετηθούν. 

Σε αυτό το σημείο μπαίνει στην ιστορία η “ακτινοβολία κοσμικού υποβάθρου”. Η ακτινοβολία κοσμικού υποβάθρου είναι ένα αχνό φως που, απ’όσο μπορούμε να δούμε, διαχέεται σε όλο το σύμπαν και πιστεύεται ότι εκπέμφθηκε λίγες εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια μετά το μπιγκ μπανγκ. Αφήνοντας τις λεπτομέρειες για άλλη φορά, η ύπαρξή της είναι ένα από τα κύρια επιχειρήματα υπέρ της θεωρίας της “μεγάλης έκρηξης” σαν αρχή του σύμπαντος. Ας κρατήσουμε ότι εδώ και κάποιες δεκαετίες η χαρτογράφηση και ανάλυση αυτής της ακτινοβολίας έγινε δυνατό εργαλείο για τη μελέτη του σύμπαντος σε μεγάλη κλίμακα, και βασικά έχει οδηγήσει τον κλάδο της κοσμολογίας σε μια χρυσή εποχή… 

Μάλλον σε αυτό το σημείο μπαίνει στην ιστορία κάτι ακόμα. Η λεγόμενη βαρυτική εστίαση. Δηλαδή το ότι μεγάλα ουράνια σώματα, π.χ. γαλαξίες, αλλάζουν με την τεράστια βαρυτική τους έλξη την τροχιά των ακτίνων φωτός που περνάνε δίπλα τους. Το φαινόμενο οδηγεί πολύ συχνά στον πολλαπλασιασμό των ειδώλων που βλέπουν τα τηλεσκόπια, όπως και στο να παρατηρούμε γαλαξίες που κανονικά θα κρύβονταν από άλλους πιο μπροστινούς. 

Φωτογραφία με φανερή τη βαρυτική εστίαση στα επαναλαμβανόμενα και παραμορφωμένα είδωλα γαλαξιών. [NASA, ESA, J. Lotz, the HFF Team (STScI)]

Καλλιτεχνική απεικόνιση της παραμορφωμένης πορείας του φωτός του κοσμικού υπόβαθρου καθώς περνάει ανάμεσα από γαλαξίες. [ESA and the Planck Collaboration]