Η επιτάχυνση του σύμπαντος

Τον Φεβρουάριο του 2018 και επί ένα χρόνο η ερευνητική ομάδα του νομπελίστα Φυσικής Aνταμ Ρις μελετούσε μία ακόμη έκρηξη σουπερνόβα τύπου Ια, η οποία παρατηρήθηκε στον γαλαξία NGC 2525 που βρίσκεται σε απόσταση 70 εκατομμυρίων ετών φωτός προς την κατεύθυνση του αστερισμού της Πρύμνης.

Η έκρηξη σουπερνόβα (με κίτρινο βέλος) «τύπου Ια», η οποία παρατηρήθηκε στον γαλαξία NGC 2525. (Φωτ. ESA / Hubble)

Στα τέλη του περασμένου μήνα η ομάδα του Ρις έδωσε στη δημοσιότητα τα αποτελέσματα της έρευνάς της και μία εξαιρετική αλληλουχία φωτογραφιών που παρουσιάζει την εξέλιξη της φωτεινότητας της σουπερνόβα, η οποία στο μέγιστό της έφτασε να είναι πέντε δισεκατομμύρια φορές λαμπρότερη από τον Ηλιο.

Η έρευνα της ομάδας του Ρις προσπαθεί να μελετήσει με μεγαλύτερη ακρίβεια τη συμπεριφορά των σουπερνόβα αυτού του τύπου κι εξ αυτού να βγάλει καλύτερα συμπεράσματα για την ύπαρξη της σκοτεινής ενέργειας που κάνει το σύμπαν να διαστέλλεται επιταχυνόμενο εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια, αν και μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 1990, θεωρούσαμε ότι με την πάροδο του χρόνου η διαστολή του σύμπαντος θα έπρεπε να ελαττωνόταν λόγω της βαρύτητας.

Την εποχή εκείνη δύο ερευνητικές ομάδες, το Supernova Cosmology Project με επικεφαλής τον Σολ Περλμάτερ και η High-Z Supernova Search Team με τους Μπράιαν Σμιτ και Aνταμ Ρις, στην προσπάθειά τους να υπολογίσουν τον ρυθμό της ελάττωσης της διαστολής μελετούσαν ένα ιδιαίτερο είδος αστρικών εκρήξεων σουπερνόβα «Τύπου Ια» σε απόμακρους γαλαξίες. Η μελέτη αυτή μας βοηθάει στη μέτρηση των πιο απόμακρων αστρονομικών αποστάσεων, γιατί οι εκρήξεις αυτές εκπέμπουν περισσότερη ενέργεια απ’ ό,τι δισεκατομμύρια άστρα. Εχουν μάλιστα μελετηθεί με τόσο μεγάλη προσοχή, ώστε να είμαστε σήμερα αρκετά βέβαιοι για το απόλυτο μέγεθος της φωτεινότητας που έχουν. Οταν λοιπόν βρίσκουμε τέτοιου είδους εκρήξεις σε απόμακρους γαλαξίες, μπορούμε να μετρήσουμε το φαινόμενο μέγεθός τους και, συγκρίνοντάς το με το απόλυτο μέγεθος του είδους τους, να υπολογίσουμε και την απόστασή τους από εμάς.

Σε γενικές γραμμές οι σουπερνόβα «Τύπου Ια» αφορούν άσπρους νάνους σε διπλά ή πολλαπλά συστήματα άστρων, οι οποίοι απορροφούν υλικά από κάποιον συνοδό τους με αποτέλεσμα να υπερβούν το όριο ισορροπίας τους, το οποίο είναι περίπου 1,4 ηλιακές μάζες. Φανταστείτε δηλαδή δύο άστρα σε κοντινή τροχιά, εκ των οποίων το ένα έχει μετατραπεί σε άσπρο νάνο. Με την πάροδο εκατομμυρίων χρόνων οι τροχιές τους θα μικραίνουν όλο και περισσότερο φέρνοντας τα δύο άστρα πιο κοντά.

Στο μεταξύ όμως ο συνοδός του άσπρου νάνου συνεχίζει να εξελίσσεται κανονικά και κάποτε θα φτάσει στο στάδιο να μετατραπεί σε κόκκινο γίγαντα. Τότε η βαρυτική δύναμη του άσπρου νάνου θα αρχίσει να έλκει τα εξωτερικά στρώματα του κόκκινου γίγαντα, σχηματίζοντας έτσι γύρω από τον νάνο ένα δίσκο υλικών προσαύξησης, όπως ονομάζεται. Σιγά σιγά τα υλικά του δίσκου αυτού έλκονται από τον νάνο και προστίθενται στη μάζα του.

Ετσι, η μάζα του άσπρου νάνου αυξάνεται σταδιακά και όταν ο πυρήνας του υπερβεί τις 1,4 ηλιακές μάζες, ο άσπρος νάνος καταρρέει απότομα, υπερθερμαίνοντας το εσωτερικό του στους 10 δισεκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, με αποτέλεσμα την έκρηξή του. Τα υλικά που διασκορπίζονται στο Διάστημα με ταχύτητα 20.000 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο εμπλουτίζουν τον διαστρικό χώρο με νεοσχηματισμένα βαρέα χημικά στοιχεία. Οι απόμακρες αυτές αστρικές εκρήξεις σουπερνόβα χρησιμεύουν ως «μονάδες αναφοράς» και ενός είδους κλίμακα αποστάσεων.

Ο εντοπισμός των αποστάσεων αυτών μας πληροφορεί ποιος είναι ο ρυθμός της διαστολής του σύμπαντος σε διαφορετικές χρονικές περιόδους της ιστορίας του, κι έτσι οι μελέτες αυτές μας δίνουν τη δυνατότητα να υπολογίσουμε κατά πόσον ο ρυθμός της διαστολής αυτής ελαττώνεται ή επιταχύνεται με το πέρασμα του χρόνου.

Στα μέσα της δεκαετίας του 1990 λοιπόν, οι δύο ανεξάρτητες πολυεθνικές ομάδες ερευνητών που αναφέραμε πιο πάνω, στα τρία χρόνια παρατηρήσεων που έκαναν βρήκαν μόνο 42 σουπερνόβα, επειδή τέτοιοι αστέρες εκρήγνυνται μόνο μία φορά κάθε 100 χρόνια μέσα σε ένα γαλαξία. Και άπαξ και συνέλεξαν τα δεδομένα, έκαναν μια επαναστατική ανακάλυψη η οποία έχει έκτοτε επιβεβαιωθεί επανειλημμένως: ότι δηλαδή η διαστολή του σύμπαντος αντί να ελαττώνεται, όπως νομίζαμε, έχει αρχίσει αντίθετα να επιταχύνεται από τότε που το σύμπαν είχε το ήμισυ περίπου της ηλικίας που έχει σήμερα.

Για αυτό όλο και πιο πολλοί κοσμολόγοι αντιμετωπίζουν σήμερα την επιτάχυνση αυτή σαν ένα απωθητικό είδος «αντιβαρύτητας», που είναι συνδεδεμένη με την ενεργειακή πυκνότητα του κενού. Της έχουν μάλιστα δώσει κι ένα ιδιαίτερα ευφάνταστο όνομα αποκαλώντας τη «σκοτεινή ενέργεια», η οποία αποτελεί σήμερα το 69% της υλο-ενέργειας που απαιτείται για να γίνει το σύμπαν επίπεδο όπως παρατηρείται ότι είναι.

* Ο Διονύσης Π. Σιμόπουλος είναι επίτιμος διευθυντής του Ευγενιδείου Πλανηταρίου. {πηγή}