Φυσική & Φιλοσοφία (201 άρθρα)

Mαύρες τρύπες, σκουληκότρυπες, κβαντική σύμπλεξη, Αϊνστάιν, μυστηριώδεις νήσοi και μια νέα φυσική που βλέπει πως το εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας βρίσκεται μυστικά και στο εξωτερικό της!

Οι μαύρες τρύπες είναι ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα στη φυσική. Επί δεκαετίες, οι φυσικοί προβληματίζονται για το τι συμβαίνει με οποιοδήποτε υλικό που πέφτει στο εσωτερικό της.

Το πρόβλημα που βασανίζει τους φυσικούς ονομάζεται παράδοξο της πληροφορίας της μαύρης τρύπας. Όμως τα τελευταία χρόνια, οι επιστήμονες έχουν κάνει μια σημαντική ανακάλυψη που μπορεί τελικά να λύσει το παζλ και να μας δείξει πώς πραγματικά λειτουργούν οι μαύρες τρύπες.

Για να κατανοήσουμε το παράδοξο, πρέπει να θυμηθούμε την μεγάλη έμπνευση που είχε ο Stephen Hawking το 1974. Ο Hawking συνειδητοποίησε ότι οι μαύρες τρύπες εξατμίζονται. Ακριβώς όπως το νερό σε μια λακκούβα εκτεθειμένη στον ήλιο, έτσι και μια μαύρη τρύπα θα συρρικνωθεί αργά, σωματίδιο με σωματίδιο, μέχρι να εξαφανιστεί εντελώς.

Η ανακάλυψή του προήλθε από την κβαντική φυσική, η οποία μας δείχνει ότι ο κενός χώρος δεν είναι στην πραγματικότητα κενός. Αντ’ αυτού, ζεύγη των επονομαζόμενων εικονικών σωματιδίων αναδύονται συνεχώς από το κενό. Κάποια από αυτά τα ζεύγη προκύπτουν στο όριο μιας μαύρης τρύπας που ονομάζεται ορίζοντας των γεγονότων. Στην περίπτωση αυτή, μπορεί το ένα από αυτά να παγιδευτεί στον ορίζοντα ενώ το άλλο να διαφύγει μακριά από την μαύρη τρύπα μεταφέροντας ενέργεια. Τελικά, αυτή η ενέργεια που διαφεύγει συρρικνώνει τη μαύρη τρύπα στο τίποτα.

Το μόνο πρόβλημα με αυτό το σενάριο είναι ότι αν οι μαύρες τρύπες μπορούν να καταστραφούν, τότε μπορούν να καταστραφούν και όλες οι πληροφορίες σχετικά με το τι έπεσε στο εσωτερικό τους. Αυτό φαίνεται να παραβιάζει έναν θεμελιώδη νόμο της φυσικής, ο οποίος λέει ότι οι πληροφορίες δεν μπορούν ποτέ να καταστραφούν. Τι λάθος υπάρχει;

Για σχεδόν 50 χρόνια οι φυσικοί ταλαιπωρούνται από τον γρίφο αυτό. Όμως τα τελευταία χρόνια αποκαλύφθηκε μια πρωτόγνωρη λύση με σκουληκότρυπες. Θεωρητικά οι σκουληκότρυπες είναι γέφυρες στο χωροχρόνο που συνδέουν δύο μακρινά σημεία μέσω μιας παράκαμψης. Οι σκουληκότρυπες μπορεί να ακούγονται ως αποκύημα επιστημονικής φαντασίας, όμως είναι πραγματικές προβλέψεις της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν.

Προσφάτως προέκυψε μια νέα ανακάλυψη για τις μαύρες τρύπες, όταν οι επιστήμονες εξέτασαν την πιθανότητα το εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας να συνδέεται με το εσωτερικό μιας άλλης μαύρης τρύπας μέσω μιας σκουληκότρυπας. Μια τέτοια σύνδεση θα ήταν σπάνια, αλλά θεωρητικά εφικτή. Και σύμφωνα με τους κανόνες της κβαντικής φυσικής, ό,τι μπορεί να συμβεί συμβαίνει.

Ένα σωματίδιο δεν ταξιδεύει απλώς κατά μήκος μιας συγκεκριμένης διαδρομής από το σημείο Α στο σημείο Β. Ακολουθεί όλες τις δυνατές διαδρομές – τρελό ​​αλλά αληθινό! Το ίδιο φαίνεται να συμβαίνει και με τις μαύρες τρύπες. Όλες οι πιθανές περίεργες διαμορφώσεις του χωροχρόνου που θα μπορούσαν να συμβούν μέσα τους, συμπεριλαμβανομένων των σκουληκότρυπων, συμβαίνουν.

Όταν οι φυσικοί πρόσθεσαν τις σκουληκότρυπες στην εικόνα, συνέβη ένα περίεργο πράγμα: οι πληροφορίες δεν χάνονταν. Βαθιά μέσα στο εσωτερικό των μαύρων τρυπών φαινόταν να περιέχονται ειδικές περιοχές που ονομάζονται νησιά. Αυτά τα νησιά είναι μέρος των μαύρων τρυπών αλλά και όχι. Κατά έναν περίεργο τρόπο, είναι τόσο μέσα όσο και έξω από τις μαύρες τρύπες, σαν να είναι μέρος της ακτινοβολίας που διαφεύγει που εξαντλεί τις μαύρες τρύπες με την πάροδο του χρόνου. Και μαζί τους διαφεύγουν και οι πληροφορίες που περιέχουν μέσα τους.

Αυτές οι νέες ιδέες είναι αρκετά μπερδεμένες, ακόμη και για τους φυσικούς, οι οποίοι ανακαλύπτουν ότι ο κόσμος και η φύση της πραγματικότητάς μας είναι πολύ πιο περίεργα από ότι θα μπορούσαμε να φανταστούμε ποτέ.

Δείτε και το σχετικό βίντεο:

Αν αποζητάτε περισσότερες λεπτομέρειες, τότε μπορείτε να διαβάσετε το άρθρο του Scientific American με τίτλο: How physicists cracked a Black Hole Paradox

Πηγή

Συμπληρώθηκαν δέκα ολόκληρα χρόνια από την ‘προσγείωση’ του διαστημικού οχήματος Curiosity της NASA στον πλανήτη Άρη. Παρά τα σημάδια φθοράς που φέρει η ακούραστη ‘Περιέργεια’, συνεχίζει την αποστολή της μελέτης της επιφάνειας του Άρη και της αναζήτησης αποδείξεων αρχέγονης μικροβιακής (έστω) ζωής.

Το Curiosity έχει διανύσει στην επιφάνεια του Άρη περίπου 29 χιλιόμετρα και έχει σκαρφαλώσει σε ύψος 625 μέτρων καθώς εξερευνά τον κρατήρα Gale και τους πρόποδες του όρους Sharp.

Έχει αναλύσει 41 δείγματα αρειανών βράχων και εδάφους, χάρη στα επιστημονικά όργανα που διαθέτει:

Η αφίσα για την 10η επέτειο της προσ-αρείωσης του Curiosity

… μελέτησε τον ουρανό του Κόκκινου Πλανήτη, συλλαμβάνοντας εικόνες από σύννεφα που λάμπουν:

… αλλά και την κίνηση των δορυφόρων του:

Ο αισθητήρας ακτινοβολίας που διαθέτει το διαστημικό όχημα επιτρέπει στους επιστήμονες να μετρήσουν την ακτινοβολία υψηλής ενέργειας στην οποία θα εκτεθούν οι μελλοντικοί αστροναύτες στην επιφάνεια του Άρη.

Όμως, η πιο σημαντική διαπίστωση του Curiosity ήταν ότι το νερό σε υγρή μορφή καθώς και τα χημικά δομικά στοιχεία που απαιτούνται για την υποστήριξη της ζωής ήταν παρόντα για τουλάχιστον δεκάδες εκατομμύρια χρόνια στον κρατήρα Gale, που κάποτε ήταν μια μεγάλη λίμνη.

Στην πραγματικότητα η αποστολή του Curiosity επεκτάθηκε πρόσφατα για άλλα τρία χρόνια, αφού μια ομάδα αφοσιωμένων μηχανικών της ΝASA, επινοεί τρόπους για την ελαχιστοποίηση της φθοράς του, την διατήρηση της κύλισης των ταλαιπωρημένων τροχών του και την εξοικονόμηση ενέργειας από την πυρηνική μπαταρία πλουτωνίου που διαθέτει.

Διαβάστε περισσότερα στο αφιέρωμα της NASA με τίτλο ‘10 Years Since Landing, NASA’s Curiosity Mars Rover Still Has Drive‘ και δείτε το αντίστοιχο βίντεο:

Πηγή

Ταχύτητα διαφυγής και διαστολή του σύμπαντος

Ένα κλασικό πρόβλημα απλής φυσικής είναι ο προσδιορισμός της ταχύτητας διαφυγής υ_δ ενός σώματος που εκτοξεύεται από την επιφάνεια ενός σφαιρκού και ομογενούς πλανήτη (χωρίς ατμόσφαιρα). Και όταν λέμε ταχύτητα διαφυγής εννοούμε την αρχική ταχύτητα που πρέπει να δοθεί σε ένα σώμα που βρίσκεται στην επιφάνεια του πλανήτη, έτσι ώστε να φτάσει σε άπειρη απόσταση με ταχύτητα ίση με το μηδέν (ακριβώς!). Δηλαδή να διαφύγει οριακά από το πεδίο βαρύτητας του πλανήτη.

• Aν το σώμα εκτοξευθεί με ταχύτητα ίση με την ταχύτητα διαφυγής (υ=υ_δ), τότε εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της ενέργειας θα έχουμε:  ή , και λύνοντας ως προς την ταχύτητα διαφυγής: 
  (στο τελευταίο βήμα χρησιμοποιήθηκε η σχέση που συνδέει την μάζα με την πυκνότητα του σφαιρικού πλανήτη )
• Αν στο σώμα δοθεί αρχική ταχύτητα μικρότερη της ταχύτητας διαφυγής (υ<υ_δ), τότε το σώμα θα φτάσει σε ένα μέγιστο ύψος, όπου η ταχύτητά του θα μηδενιστεί και στη συνέχεια θα επιστρέψει στην επιφάνεια του πλανήτη.
• Αν εκτοξευθεί με ταχύτητα μεγαλύτερη της ταχύτητας διαφυγής (υ>υ_δ), τότε το σώμα θα φτάσει σε άπειρη απόσταση από τον πλανήτη, με κάποια ταχύτητα.

Η εξίσωση (1) αποκτά «κοσμολογική σημασία» αν λυθεί ως προς την πυκνότητα:  και αυθαίρετα θέσουμε  όπου Η η σταθερά του Hubble. Έτσι, καταλήγουμε αναπάντεχα στην εξίσωση της κρίσιμης πυκνότητας του σύμπαντος ρ_c συναρτήσει της σταθεράς του Hubble: .
Η κρίσιμη πυκνότητα του σύμπαντος αποτελεί μια σημαντική κοσμολογική παράμετρο που καθορίζει την μοίρα του σύμπαντος:

• αν η πυκνότητα του σύμπαντος ισούται με την κρίσιμη πυκνότητα, τότε το σύμπαν θα συνεχίσει να διαστέλλεται επ’ άπειρο, αλλά ο ρυθμός διαστολής του θα τείνει στο μηδέν,
• αν είναι μικρότερη θα διαστέλλεται συνεχώς με πεπερασμένο ρυθμό διαστολής, και
• αν είναι μεγαλύτερη, τότε το σύμπαν θα πάψει να διαστέλλεται και θα αρχίσει η συστολή του.

Η αναλογία με το σώμα που εκτοξεύεται από την επιφάνεια ενός πλανήτη είναι αν μη τι άλλο εντυπωσιακή!
Αυτή η αναλογία μας δείχνει ότι θα μπορούσαμε να προσεγγίσουμε και την εξίσωση που περιγράφει την διαστολή του συμπαντος, αποφεύγοντας τον δύσβατο (αλλά επιστημονικά ορθό) δρόμο της Γενικής Σχετικότητας, μέσα από την κλασική θεωρία της βαρύτητας του Νεύτωνα.

Η εξίσωση της διαστολής του σύμπαντος

Κάνοντας τις ίδιες υποθέσεις όπως και στην Γενική Σχετικότητα, θεωρούμε ότι στο ομοιόμορφα διαστελλόμενο σύμπαν η ύλη των γαλαξιών και των άστρων που το αποτελούν κατανέμονται ομογενώς και ότι το σύμπαν φαίνεται το ίδιο από όποιοδήποτε σημείο του. Επιλέγουμε ως «κέντρο» του το τυχαίο σημείο K. Θα υπολογίσουμε το άθροισμα της βαρυτικής δυναμικής ενέργειας και της κινητικής ενέργειας που έχει ο γαλαξίας Α μάζας m, που απέχει απόσταση r από το K.

H δυναμική ενέργεια του γαλαξία στο σημείο Α ως προς το κέντρο Κ θα είναι: , όπου  η μάζα που περικλείεται στην σφαιρική επιφάνεια ακτίνας r. Έτσι η ολική ενέργεια θα είναι:

Για έναν άλλον γαλαξία που απέχει διαφορετική απόσταση από το Γ η ολική ενέργεια είναι διαφορετική. Η εξίσωση (2) μας δίνει την εξέλιξη της απόστασης r μεταξύ δυο γαλαξιών. Κι αυτό ισχύει για δυο οποιουσδήποτε γαλαξίες του σύμπαντος γιατί το θεωρούμε ομογενές. Το γεγονός αυτό μας επιτρέπει να επιλέξουμε ένα διαφορετικό σύστημα συντεταγμένων, γνωστό ως συν-κινούμενο (comoving) σύστημα συντεταγμένων, του οποίου οι συντεταγμένες ακολουθούν την διαστολή του σύμπαντος. Θεωρώντας την διαστολή ομοιόμορφη, η σχέση μεταξύ της απόστασης  και της συν-κινούμενης απόστασης , μπορεί να γραφεί: 
Το μέγεθος  που εξαρτάται από τον χρόνο ονομάζεται παράγοντας κλίμακας και μετράει τον καθολικό ρυθμό διαστολής του σύμπαντος. Μας δείχνει πως αυξάνονται με τον χρόνο οι φυσικές αποστάσεις, αφού οι αποστάσεις στο σύστημα συντεταγμένων  είναι εξ ορισμού σταθερές.

Για παράδειγμα, αν o παράγοντας κλίμακας διπλασιαστεί , σημαίνει ότι το σύμπαν έχει διασταλεί σε μέγεθος κατά έναν παράγοντα δυο, και θα μας έπαιρνε δυο φορές περισσότερο χρόνο να φτάσουμε από τον ένα γαλαξία στον άλλο.

Συνδυάζοντας τις εξισώσεις (2) και (3) προκύπτει:  ή αναδιατάσσοντας τους όρους:  
Χρησιμοποιήσαμε το γεγονός ότι εξ ορισμού ισχύει , αφού τα αντικείμενα παραμένουν σταθερά στις συν-κινούμενες συντεταγμένες.

Ο παράγοντας κλίμακας R και η σταθερά του Hubble H : Δεδομένου ότι  τότε συγκρίνοντας με τον νόμο του Hubble , προκύπτει ότι .

Αρκεί τώρα στην εξίσωση (4) να κάνουμε την ουρανοκατέβατη αντικατάσταση  για να πάρουμε την ‘εξίσωση της διαστολής του σύμπαντος‘ ή εξίσωση του Friedmann που δίνει η γενική σχετικότητα:  (όπου  η ταχύτητα του φωτός και  μια σταθερά αμετάβλητη στον χώρο και στον χρόνο).
Xρησιμοποιώντας την σχέση της σταθεράς Hubble με τον παράγοντα κλίμακς  και την εξίσωση της κρίσιμης πυκνότητας , η εξίσωση Friedmann γράφεται: .
Ο γεωμετρικός παράγοντας  παίρνει τις τιμές , που καθορίζουν την γεωμετρία και την εξέλιξη του σύμπαντος.
Η τιμή k=0 αντιστοιχεί στην μετρική του επίπεδου ευκλείδειου χώρου, η οποία περιγράφει το επίπεδο σύμπαν (τότε προκύπτει ρ=ρ_c , οπότε το σύμπαν θα συνεχίσει να διαστέλλεται επ’ άπειρο, αλλά ο ρυθμός διαστολής του θα τείνει στο μηδέν)
Η τιμή k=+1 αντιστοιχεί στην γεωμετρία τρισδιάστατης σφαίρας και περιγράφει το κλειστό σύμπαν (εδώ ισχύει ρ>ρ_c και το σύμπαν κάποτε θα πάψει να διαστέλλεται και θα αρχίσει η συστολή του).
Η τιμή k=-1 αντιστοιχεί στη γεωμετρία μιας υπερεπιφάνειας στο χώρο Minkowski και περιγράφει το ανοιχτό σύμπαν (στην περίπτωση αυτή ισχύει ρ<ρ_c και το σύμπαν θα διαστέλλεται συνεχώς με πεπερασμένο ρυθμό διαστολής).

Πηγή

Ενώ η επιστημονική κοινότητα αλλά και ανθρωπότητα εξακολουθεί να ασχολείται με την εντυπωσιακή πρεμιέρα του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb που πραγματοποιήθηκε το απόγευμα της Τρίτης και τις εκπληκτικές εικόνες από τα βάθη του Σύμπαντος που παρουσιάστηκαν έγινε γνωστό ότι στο πλαίσιο το δοκιμών των οργάνων του το τηλεσκόπιο φωτογράφισε τον Δία με τις εικόνες να μένουν στο… συρτάρι των επιτελών της NASA.

Οι εικόνες του Δία καταγράφηκαν από την κάμερα υπερύθρων NIRCam και στόχος ήταν να διαπιστωθεί η ικανότητα του τηλεσκοπίου να καταγράφει λεπτομερείς εικόνες από κινούμενα αντικείμενα και ειδκότερα από υψηλής φωτεινότητας πλανήτες αερίου όπως Δίας, ο Κρόνος, ο Ουρανός και Ποσειδώνας.

Οι εικόνες ελήφθησαν μάλιστα σε διαφορετικά μήκη κύματος για να διαπιστωθεί η ποιότητα τους σε κάθε συνθήκη λήψης. Στις εικόνες καταγράφηκε ο Δίας και είναι ορατή η κολοσσιαία αντικυκλωνική θύελλα του πλανήτη, η περίφημη Μεγάλη Ερυθρή Κηλίδα. Καταγράφηκαν επίσης τρεις από τους περίπου 80 δορυφόρους του Δία. Στην εικόνα διακρίνονται η Ευρώπη στην οποία υπάρχει ένα υπόγειος ωκεανός και αποτελεί στόχο εξερεύνησης για την αναζήτηση κάποιων μορφών ζωής καθώς και οι δορυφόροι Θήβη και Μήτις.

Οι επιστήμονες ήθελαν να δουν αν το James Webb μπορεί να καταγράφει λεπτομερείς εικόνες από την ατμόσφαιρα, τους δακτυλίους (αν υπάρχουν) και τους δορυφόρους (τους πιο κοντινούς τουλάχιστον) από υψηλής φωτεινότητας πλανήτες αερίου και όπως φαίνεται το τηλεσκόπιο είναι αποτελεσματικό και σε αυτόν τομέα.

Οι φωτογραφίες διέρρευσαν και αποτελούν πλέον το νέο αντικείμενο ενασχόλησης των ειδικών αλλά και των φίλων του Διαστήματος.

Πηγή

Υπάρχουν μερικοί έξυπνοι τρόποι, πέραν των καθιερωμένων, με τους οποίους μπορούμε να μετρήσουμε τις τιμές αγνώστων φυσικών μεγεθών εύκολα και με πολύ μεγάλη ακρίβεια. Σ’ αυτή την κατηγορία ανήκει η εξαιρετικά ακριβής μέθοδος της γέφυρας Wheatstone για την μέτρηση των ωμικών αντιστάσεων, οι παραλλαγές της οποίας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την μέτρηση και της χωρητικότητας ή του συντελεστή αυτεπαγωγής ή της εμπέδησης κ.λπ. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί έμμεσα για την μέτρηση και άλλων φυσικών μεγεθών, όπως δύναμη, θερμοκρασία, (αρτηριακή) πίεση κ.ά., όπου η μέτρηση της άγνωστης αντίστασης συσχετίζεται με τα ζητούμενα μεγέθη.

Πριν από μισό αιώνα περίπου, οι μαθητές της Γ’ Λυκείου (και υποψήφιοι των θετικών σχολών) μάθαιναν για την γέφυρα Wheatstone τα εξής:

Η κλασική γέφυρα Wheatstone προτάθηκε για πρώτη φορά το 1833 από τον Samuel Hunter Christie, και αργότερα το 1833 γενικεύτηκε και έγινε γνωστή από τον Charles Wheatstone. Μια εκδοχή της γέφυρας, φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:

Στο κύκλωμα των τεσσάρων αντιστάσεων, έχουμε δύο γνωστές αντιστάσεις R₁ και R₂, μια ρυθμιζόμενη αντίσταση, R_C και την άγνωστη αντίσταση R_x. Μεταβάλλοντας την ρυθμιστική αντίσταση μέχρι να μηδενιστεί η διαφορά δυναμικού στα άκρα της αντίστασης R₂₃ (σημείο ισορροπίας), τότε ισχύει R_x = R_C,0∙R₂/R₁ όπου R_C,0 είναι η τιμή της ρυθμιστικής αντίστασης στο σημείο ισορροπίας. Aν μάλιστα επιλέξουμε R₂=R₁, τότε θα ισχύει: R_x = R_C,0.

Ας σημειωθεί ότι η συντριπτική πλειοψηφία των μαθητών που από τον Σεπτέμβριο θα είναι πρωτοετείς στις θετικές σχολές δεν έχει ιδέα τι είναι γέφυρα Wheatstone – αφού δεν την διδάχθηκε ποτέ. Όμως, τα παραπάνω δεν γράφονται ως παράπονο για την επιβεβαίωση της ελληνοπρεπούς έκφρασης «περασμένα μεγαλεία και διηγώντας τα να κλαίς». Παρότι αυτή η ρήση θα ταίριαζε στην συρρίκνωση και γενικότερα στην υποβάθμιση του μαθήματος της Φυσικής από τις αρχές του 21^ου αιώνα εν ονόματι του εκσυγχρονισμού της εκπαίδευσης, η παραπάνω αναφορά στην γέφυρα Wheatstone γίνεται εξαιτίας μιας πρόσφατης δημοσίευσης που περιγράφει την κβαντική εκδοχή της.

Οι ερευνητές Poulsen, Santos και Zinner στην εργασία τους με τίτλο ‘Quantum Wheatstone Bridge‘ προτείνουν μια κβαντική γέφυρα Wheatstone ως ένα πλήρως κβαντικό ανάλογο της κλασικής έκδοσης. Η μικροσκοπική γέφυρα Wheatstone βασίζεται στην αλληλεπίδραση σύζευξης σπιν που εκμεταλλεύεται τα κβαντικά φαινόμενα καταστροφικής συμβολής και σύμπλεξης. Στην δημοσίευσή τους περιλαμβάνεται το παρακάτω σχήμα που αναδεικνύει σχηματικά τις αναλογίες μεταξύ κλασικής και κβαντικής γέφυρας Wheatstone:

Μπορεί όπως και στην κλασική γέφυρα, μια ρυθμιζόμενη σύζευξη σπιν, J_C, να μεταβάλλεται μέχρι να ικανοποιηθούν κάποια κριτήρια (το αντίστοιχο σημείο ισορροπίας), αλλά η μελέτη της κβαντικής γέφυρας Wheatstone όπως αναμένεται είναι πολύ δυσκολότερη σε σχέση με την κλασική. Όποιος ενδιαφέρεται να κάνει ένα βήμα παραπάνω μπορεί να μελετήσει την δημοσίευση των Poulsen et al και τις σχετικές αναφορές που περιέχονται σ’ αυτή: https://arxiv.org/pdf/2108.11397.pdf

Πηγή

… του Γαλαξία μας

Το ρομποτικό σκάφος Gaia του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA) κατέγραψε χιλιάδες αστροσεισμούς, αλλά και το λεγόμενο «αστρικό DNA», δηλαδή τη χημική σύνθεση των άστρων στον γαλαξία μας.

   Πρόκειται για την τρίτη μεγάλη δημοσίευση στοιχείων της ευρωπαϊκής αποστολής, η οποία είχε εκτοξευθεί το 2013. Τα νέα στοιχεία παρέχουν μία πληθώρα δεδομένων για τη χημική σύνθεση των άστρων, τη θερμοκρασία, την ταχύτητα, το χρώμα, τη μάζα και τις κινήσεις τους.

   Ο γενικός διευθυντής της ESA, Γιόζεφ Ασμπάχερ, ανακοίνωσε ότι τα νέα φασματοσκοπικά και άλλα δεδομένα προέρχονται από περίπου 1,8 δισεκατομμύρια άστρα, σχεδόν το 1% των συνολικών άστρων του γαλαξία μας, γεγονός που θα φωτίσει καλύτερα τη δομή και την εξέλιξη του γαλαξία μας στην πορεία δισεκατομμυρίων ετών.

   Από τις πιο απρόσμενες ανακαλύψεις ήταν ότι το Gaia, παρ’ όλο που δεν είχε φτιαχτεί για κάτι τέτοιο, μπόρεσε να ανιχνεύσει σεισμούς στα άστρα, δηλαδή κατακλυσμικές κινήσεις τύπου τσουνάμι στην επιφάνειά τους, καθώς τα άστρα αλλάζουν σχήμα, συρρικνώνονται ή διογκώνονται. Οι αστρικές δονήσεις ωθούν τα αστρικά αέρια σε ανοδικές και καθοδικές κινήσεις, αλλάζοντας και τη φωτεινότητα των άστρων περιοδικά. Αυτοί οι αστροσεισμοί επιτρέπουν στους επιστήμονες να μάθουν περισσότερα πράγματα για το τι συμβαίνει στο εσωτερικό των άστρων.

   Το βάρους δύο τόνων Gaia, το οποίο βρίσκεται σε σταθερή απόσταση από τη Γη και σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο, κάνει διαδοχικές μετρήσεις των ίδιων άστρων από ελαφρώς διαφορετικές οπτικές γωνίες, δημιουργώντας έτσι σταδιακά τον πιο ακριβή και ολοκληρωμένο πολυδιάστατο «χάρτη» του γαλαξία μας μέχρι σήμερα. Διαθέτει μία κάμερα με ανάλυση ενός δισεκατομμυρίου πίξελ, τη μεγαλύτερη που έχει σταλεί στο διάστημα και η οποία έχει πάνω από 100 ηλεκτρονικούς αισθητήρες.

   Μεταξύ άλλων, οι νέες παρατηρήσεις δείχνουν ότι μερικά άστρα του γαλαξία μας αποτελούνται από πρωταρχικά υλικά, ενώ άλλα, όπως ο Ήλιος μας, από υλικά που έχουν εμπλουτιστεί διαχρονικά. Τα κοντινότερα στο γαλαξιακό κέντρο άστρα είναι πλουσιότερα σε μέταλλα από ό,τι τα άστρα στις παρυφές του γαλαξία. Το Gaia εντόπισε, επίσης, άστρα που έχουν εισχωρήσει στον γαλαξία μας προερχόμενα από άλλους γαλαξίες, γι’ αυτό έχουν διαφορετική χημική σύνθεση. Ακόμη, εντόπισε έως τώρα περίπου 800.000 διπλά αστρικά συστήματα, που φαίνονται ως ένα άστρο από μακριά, αλλά στην πραγματικότητα είναι δύο. Επιπλέον, αποκάλυψε τη χημική σύνθεση περίπου 60.000 αστεροειδών του ηλιακού συστήματός μας, έναντι μόνο 4.500 που ήταν γνωστή έως τώρα.

   Η αποστολή του Gaia αναμένεται να συνεχιστεί έως το 2024 ή 2025, οπότε θα εξαντληθούν τα καύσιμα.

Πηγή

… σύμφωνα με τις παρατηρήσεις του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble

Το μέγεθος που μας λέει πόσο γρήγορα διαστέλλεται το σύμπαν είναι η σταθερά του Hubble H₀. Όμως από το μακρινό 1929, όταν έγινε πρώτη δημοσίευση του Edwin Hubble σχετικά με τον ορισμό και την τιμή του H₀, μέχρι τον πιο πρόσφατο υπολογισμό των ερευνητών Adam Riess et al που θα δημοσιευθεί στο περιοδικό Astronomical Journal, οι αστρονόμοι αδυνατούν να συμφωνήσουν σε μια συγκεκριμένη τιμή.

Η πιο πρόσφατη εκτίμηση της σταθεράς Hubble απο τους ερευνητές Adam Riess et al καταλήγει στην τιμή: H₀=73.04±1.04 km∙s⁻¹Mpc⁻¹, που επιβεβαιώνει τις παλαιότερες εκτιμήσεις του ρυθμού διαστολή του σύμπαντος με βάση τις παρατηρήσεις του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble. Όμως, η τιμή αυτή διαφέρει εκκωφαντικά με εκείνη που υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τις μετρήσεις κοσμικής μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου από τον δορυφόρο Planck (67.4±0.5 km∙s⁻¹Mpc⁻¹). Οι μικρές τιμές των σφαλμάτων σ’ αυτές τις ανεξάρτητες μετρήσεις δείχνουν ότι η πιθανότητα να είναι η διαφορά τους τυχαία είναι μία στο εκατομμύριο.

Η πηγή αυτής της σημαντικής ασυμφωνίας μεταξύ των δυο μεθόδων για τον προσδιορισμό της σταθεράς Hubble, προς το παρόν, παραμένει άγνωστη.

Σύμφωνα με τον νομπελίστα φυσικό Adam Riess πρέπει να υπολογίσουμε τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος, όχι γιατί έχει κάποια σημασία αυτή καθαυτή η τιμή της, αλλά για τις επιπτώσεις της όταν χρησιμοποιείται για να κατανοήσουμε το σύμπαν.

Περισσότερες μετρήσεις αναμένεται να γίνουν τα επόμενα 20 χρόνια από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb. Το Webb σύμφωνα με τη NASA, θα εξετάσει Κηφείδες και σουπερνόβα τύπου Ια «σε μεγαλύτερες αποστάσεις ή με μεγαλύτερη ευκρίνεια από ό,τι μπορεί να δει το Hubble».

Πηγή

Θεωρούμε έναν απλό αρμονικό ταλαντωτή για τον οποίο:  ή , όπου , η κυκλική ιδιοσυχνότητά του. Το ερώτημα που τίθεται είναι το εξής: Τι συμβαίνει όταν με τον κατάλληλο τρόπο μεταβάλλουμε αργά τη κυκλική συχνότητα του ταλαντωτή;

Για να πάρουμε μια άμεση απάντηση πρέπει να λύσουμε την εξίσωση: , η οποία συνήθως είναι αρκετά δύσκολη. Καταφεύγοντας στη … βιβλιογραφία θα διαπιστώσουμε ότι σε τέτοιου είδους κινήσεις υπάρχουν κάποιες διατηρήσιμες ποσότητες. Αποδεικνύεται ότι καθώς μεταβάλλεται το πλάτος και η ενέργεια του ταλαντωτή, ο λόγος της ενέργειας ως προς την συχνότητά του παραμένει σταθερός. Δηλαδή, . Το μέγεθος αυτό είναι γνωστό ως αδιαβατικό αναλλοίωτο (εξού και ο τίτλος της ανάρτησης). Πώς λοιπόν αποδεικνύεται ότι το μέγεθος  παραμένει σταθερό όταν μεταβάλλεται η συχνότητα του ταλαντωτή;

Σύμφωνα με τα βιβλία κλασικής μηχανικής, για παράδειγμα στη σελ. 559 της Μηχανικής του Goldstein ή στις σελίδες που παρατίθενται στο παρακάτω ένθετο, από την Mηχανική του Landau …

…. διαπιστώνουμε ότι πρόκειται για ένα αρκ

ετά δύσκολο ζήτημα. Υπάρχει ευκολότερος τρόπος προσέγγισης του προβλήματος, κατανοητός ακόμα και σε έναν καλό μαθητή Λυκείου ή έναν πρωτοετή που δεν έχει διδαχθεί τις Χαμιλτονιανές;

Η προσέγγιση WKB

Η προσέγγιση που παρατίθεται στη συνέχεια χρησιμοποιεί μόνο απλές παραγωγίσεις συναρτήσεων. Αν λοιπόν με κάποιο τρόπο μεταβάλλεται η κυκλική συχνότητα  τότε θα επιχειρήσουμε τη λύση της διαφορικής εξίσωσης , έχοντας κατά νου την προσέγγιση WKB (Wentzel, Kramers, Brillouin). Πρόκειται για μια μέθοδο που δίνει προσεγγιστικές λύσεις σε διαφορικές εξισώσεις που εμφανίζονται στην διάδοση κύματος σε ανομοιογενές μέσο, στην κβαντομηχανική κ.α.

Υποθέτουμε μια λύση της μορφής: , όπου . Κι αυτό είναι μια πολύ λογική υπόθεση αν δεχθούμε ότι στον χρόνο μιας περιόδου η μεταβολή της κυκλικής συχνότητας είναι σχεδόν αμελητέα. Αντικαθιστούμε την προσεγγιστική λύση στη διαφορική εξίσωση και αναδιατάσσοντας τους όρους παίρνουμε: , οπότε προκύπτει το σύστημα των εξισώσεων:

 και 

H εξ. (2) γίνεται  ή , οπότε  ή .

Αντικαθιστώντας στην (1) κάνοντας την ‘λογική’ παραδοχή ότι , παίρνουμε  ή . Κι εδώ τελειώσαμε. Χρησιμοποιώντας αυτή τη σχέση προκύπτει εύκολα ότι: .

‘Ομως, χρειάζεται προσοχή όταν μεταφέρουμε το αποτέλεσμα αυτό σε διάφορα συστήματα ταλαντωτών. Για παράδειγμα, στην περίπτωση μάζας δεμένης σε ένα ελατήριο, το αποτέλεσμα αυτό ισχύει όταν με κάποιο τρόπο μεταβάλλεται η σταθερά k του ελατήρίου. Όταν μεταβάλλεται η μάζα (και όχι το k) τότε παραμένει σταθερή η ποσότητα .

Παρόμοια προσοχή χρειάζεται και στην ταλάντωση του απλού εκκρεμούς όταν μεταβάλλεται πολύ αργά το μήκος του. Στην περίπτωση αυτή, αν  η μέγιστη γωνία απομάκρυνσης, μπορούμε να γράψουμε την ολική του ενέργεια ως: , αφού για μικρές γωνίες ταλάντωσης ισχύει . Και για να αποφύγουμε το λάθος του Έντγκαρ Άλαν Πόε, θα θεωρήσουμε την σχέση μέγιστης απομάκρυνσης από τη θέση ισορροπίας και γωνιακού πλάτους: . Έτσι, δεδομένου ότι , έχουμε:  ή . Σύμφωνα με την τελευταία σχέση και την εξίσωση (3) προκύπτει εύκολα ότι ο λόγος  παραμένει σταθερός καθώς μεταβάλλουμε αργά το μήκος του εκκρεμούς.

Πηγή

Το 2019 για πρώτη φορά στην ιστορία της αστρονομίας είχαμε τη δυνατότητα να δούμε την πρώτη φωτογραφία μιας μαύρης τρύπας ή μάλλον το τι υπάρχει γύρω από αυτή, αφού οι μαύρες τρύπες είναι στην πραγματικότητα αόρατες, καθώς απορροφούν οτιδήποτε εντός τους, ακόμη και το φως. Η ιστορική φωτογραφία των ερευνητών του Event Horizon Telescope  (Τηλεσκόπιο Ορίζοντα Γεγονότων) ‘έδειχνε’ την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα που βρίσκεται στον γαλαξία M 87, σε απόσταση 52 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, με μάζα 6,5 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη του Ήλιου και διάμετρο 40 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα.

Την Πέμπτη 12 Μαΐου 2022 θα παρουσιαστούν τα νέα αποτελέσματα του Event Horizon Telescope (EHT). Θα αναφέρονται (μάλλον) στην απεικόνιση της μαύρης τρύπας που βρίσκεται στο κέντρο του Γαλαξία μας σε απόσταση 27 χιλιάδες έτη φωτός από τη Γη, έχει μάζα 4,3 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο, διάμετρο 44 εκατομμύρια χιλιόμετρα και ονομάζεται Τοξότης Α* (SgrA*).

Μπορείτε να παρακολουθείστε την ανακοίνωση ΕΔΩ:

Πηγή