Το Σύμπαν—Διείσδυση σε Κάποια Μυστικά Του

ΣΤΙΣ 4 Ιουλίου του έτους 1054, νωρίς το πρωί, ο Γιανγκ Γουέι Τι παρατηρούσε τον ουρανό. Ως διορισμένος αστρονόμος στην Αυτοκρατορική Αυλή της Κίνας, παρακολουθούσε σχολαστικά τις κινήσεις των άστρων όταν ξαφνικά τράβηξε την προσοχή του ένα λαμπρό φως κοντά στον αστερισμό του Ωρίωνα.

Ένα «άστρο-επισκέπτης»—αυτό το όνομα έδωσαν οι αρχαίοι Κινέζοι στο σπάνιο φαινόμενο—είχε κάνει την εμφάνισή του. Αφού ο Γιανγκ ανέφερε, όπως όφειλε, το γεγονός στον αυτοκράτορά του, πρόσεξε ότι το «άστρο-επισκέπτης» είχε γίνει τόσο λαμπρό που ξεπερνούσε σε λαμπρότητα την Αφροδίτη και ήταν ορατό στο φως της ημέρας επί αρκετές εβδομάδες.

Εννιακόσια χρόνια επρόκειτο να περάσουν προτού δοθεί κάποια ικανοποιητική εξήγηση γι’ αυτό το θέαμα. Πιστεύεται τώρα ότι ο Κινέζος αστρονόμος είχε δει έναν σουπερνόβα (υπερκαινοφανή αστέρα), τους βίαιους σπασμούς του θανάτου ενός άστρου μεγάλης μάζας. Τα αίτια αυτού του καταπληκτικού φαινόμενου είναι μερικά μόνο από τα μυστικά στα οποία προσπαθεί να διεισδύσει η αστρονομία. Ακολουθεί μια εξήγηση την οποία συνέθεσαν οι αστρονόμοι έπειτα από επίπονες προσπάθειες.

Μολονότι άστρα όπως ο ήλιος μας μπορεί να έχουν εξαιρετικά μακρόχρονη και σταθερή ζωή, ο σχηματισμός τους και ο θάνατός τους προσφέρουν τα πιο εντυπωσιακά θεάματα που μπορεί να δει κανείς στον ουρανό. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η ζωή ενός άστρου αρχίζει μέσα σ’ ένα νεφέλωμα.

Νεφέλωμα. Αυτό είναι το όνομα που δίνεται σ’ ένα μεσοαστρικό νέφος αερίου και σκόνης. Τα νεφελώματα συγκαταλέγονται στα πιο όμορφα αντικείμενα που φαίνονται στο νυχτερινό ουρανό. Αυτό που βλέπετε στο εξώφυλλο του περιοδικού ονομάζεται Τρισχιδές Νεφέλωμα (δηλαδή νεφέλωμα χωρισμένο στα τρία). Μέσα σ’ αυτό το νεφέλωμα έχουν γεννηθεί καινούρια άστρα τα οποία του προσδίδουν αυτή την κόκκινη λάμψη.

Προφανώς, μέσα σ’ ένα νεφέλωμα σχηματίζονται άστρα όταν η αραιή ύλη συμπυκνώνεται λόγω της δύναμης της βαρύτητας και δημιουργούνται συστελλόμενες περιοχές αερίου. Αυτές οι πελώριες μπάλες αερίου σταθεροποιούνται όταν η θερμοκρασία τους φτάνει στους βαθμούς στους οποίους αρχίζουν οι πυρηνικές αντιδράσεις στον πυρήνα του νέφους, πράγμα που αποτρέπει περαιτέρω συστολή. Έτσι γεννιέται ένα άστρο, συχνά παράλληλα με άλλα, μαζί με τα οποία απαρτίζει ένα αστρικό σμήνος.

Αστρικά σμήνη. Στη φωτογραφία της σελίδας 8 βλέπουμε ένα μικρό σμήνος που αποκαλείται Κοσμηματοθήκη, και το οποίο πιστεύεται ότι σχηματίστηκε μόλις πριν από μερικά εκατομμύρια χρόνια. Πηγή έμπνευσης για το όνομά του στάθηκε η παραστατική περιγραφή του αστρονόμου του 19ου αιώνα Τζον Χέρσελ: «μια κασετίνα με ποικιλόχρωμους πολύτιμους λίθους». Για το Γαλαξία μας και μόνο είναι γνωστό ότι έχει χίλια και πλέον παρόμοια σμήνη.

Η ενέργεια των άστρων. Ένα νεογέννητο ή εξελισσόμενο άστρο σταθεροποιείται όταν πυροδοτείται στο εσωτερικό του ένα πυρηνικό καμίνι. Τότε αρχίζει να μετατρέπει το υδρογόνο σε ήλιο με μια διαδικασία σύντηξης παρόμοια, κατά κάποιον τρόπο, μ’ αυτήν που γίνεται σε μια βόμβα υδρογόνου. Η μάζα ενός κοινού άστρου, όπως ο ήλιος, είναι τόσο μεγάλη ώστε μπορεί να καίει το πυρηνικό του καύσιμο επί δισεκατομμύρια χρόνια χωρίς να εξαντλεί το απόθεμά του.

Τι συμβαίνει, όμως, όταν ένα τέτοιο άστρο καίει τελικά όλο το καύσιμο υδρογόνο που διαθέτει; Ο πυρήνας συστέλλεται και η θερμοκρασία αυξάνεται καθώς το άστρο εξαντλεί το υδρογόνο των κεντρικών περιοχών. Στο μεταξύ, τα εξωτερικά στρώματα διογκώνονται σε φοβερό βαθμό, οπότε η διάμετρος του άστρου αυξάνεται κατά 50 και πλέον φορές και το άστρο γίνεται κόκκινος γίγαντας.

Κόκκινοι γίγαντες. Κόκκινος γίγαντας είναι ένα άστρο που έχει σχετικά χαμηλή θερμοκρασία στην επιφάνειά του· γι’ αυτό το βλέπουμε κόκκινο και όχι άσπρο ή κίτρινο. Αυτή η φάση στη ζωή του άστρου είναι σχετικά σύντομη, και το τέλος της—όταν το μεγαλύτερο μέρος του αποθέματος ηλίου εξαντλείται—μοιάζει με έκρηξη πυροτεχνήματος στον ουρανό. Το άστρο, εξακολουθώντας να καίει ήλιο, εκτινάσσει τα εξωτερικά του στρώματα, κι αυτά σχηματίζουν ένα πλανητικό νεφέλωμα το οποίο λάμπει λόγω της ενέργειας που πήρε από το άστρο από το οποίο γεννήθηκε. Τελικά, το άστρο συστέλλεται τόσο πολύ ώστε γίνεται άσπρος νάνος, ένα άστρο που έχει αμυδρή ακτινοβολία.

Αν το αρχικό άστρο είναι αρκετά μεγάλο, ωστόσο, το τελικό αποτέλεσμα είναι ότι το ίδιο το άστρο εκρήγνυται. Αυτό αποτελεί έναν σουπερνόβα.

Σουπερνόβα. Ο σουπερνόβα είναι η έκρηξη που τερματίζει τη ζωή ενός άστρου αρχικής μάζας πολύ μεγαλύτερης απ’ αυτή του ήλιου. Τεράστιες ποσότητες σκόνης και αερίου εκτοξεύονται στο διάστημα από βίαια κρουστικά κύματα με ταχύτητες που ξεπερνούν τα 10.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Το έντονο φως από την έκρηξη είναι τόσο λαμπρό ώστε το άστρο ξεπερνά σε λαμπρότητα δισεκατομμύρια ήλιους και φαίνεται σαν ένα αστραποβόλο διαμάντι στον ουρανό. Η ενέργεια που απελευθερώνεται από μία και μοναδική έκρηξη ενός σουπερνόβα ισοδυναμεί με τη συνολική ενέργεια που εκλύει ο ήλιος σε εννιά δισεκατομμύρια χρόνια.

Εννιακόσια χρόνια αφότου ο Γιανγκ παρατήρησε εκείνον το σουπερνόβα, οι αστρονόμοι εξακολουθούν να βλέπουν τα διασκορπισμένα υπολείμματα αυτής της έκρηξης, ένα σχηματισμό που ονομάζεται Νεφέλωμα του Καρκίνου. Αλλά η έκρηξη δεν άφησε πίσω της μόνο το νεφέλωμα αυτό. Στο κέντρο του οι αστρονόμοι ανακάλυψαν και κάτι άλλο—ένα μικροσκοπικό αντικείμενο που περιστρέφεται 33 φορές το δευτερόλεπτο, έναν πούλσαρ (παλλόμενη ραδιοπηγή), όπως ονομάζεται.

Πούλσαρ και άστρα νετρονίων. Λέγοντας πούλσαρ εννοούμε έναν υπέρπυκνο, περιστρεφόμενο πυρήνα ύλης που απέμεινε από την έκρηξη κάποιου σουπερνόβα με μάζα όχι μεγαλύτερη από τρεις μάζες ήλιου. Επειδή η διάμετρός τους είναι μικρότερη από 30 χιλιόμετρα, σπάνια τους ανακαλύπτουν τα οπτικά τηλεσκόπια. Αλλά μπορούν να τους εντοπίσουν τα ραδιοτηλεσκόπια, τα οποία ανιχνεύουν το ραδιοσήμα που παράγεται από τη γρήγορη περιστροφή τους. Μια δέσμη ραδιοκυμάτων περιστρέφεται μαζί με το άστρο, σαν τη δέσμη φωτός που εκπέμπει ένας φάρος, δίνοντας την εντύπωση παλμού στον παρατηρητή, και σ’ αυτό οφείλεται το όνομα πούλσαρ ή παλλόμενη ραδιοπηγή στην ελληνική. Οι πούλσαρ ονομάζονται επίσης άστρα νετρονίων επειδή, κατά κύριο λόγο, απαρτίζονται από πολύ πυκνά διαταγμένα νετρόνια. Αυτός είναι και ο λόγος για την απίστευτη πυκνότητά τους—εκατό εκατομμύρια και πλέον τόνοι ανά κυβικό εκατοστό.

Αλλά τι θα συνέβαινε αν ένα άστρο με εξαιρετικά μεγάλη μάζα εξελισσόταν σε σουπερνόβα; Σύμφωνα με τους υπολογισμούς των αστρονόμων, θα ήταν δυνατόν να συνεχίσει να καταρρέει ο πυρήνας και πέρα από το στάδιο του άστρου νετρονίων. Θεωρητικά, η δύναμη της βαρύτητας που θα συμπίεζε τον πυρήνα θα ήταν τόσο μεγάλη ώστε θα προέκυπτε μια μαύρη τρύπα, όπως αυτή αποκαλείται.

Μαύρες τρύπες. Αυτές λέγεται ότι μοιάζουν με γιγαντιαίες κοσμικές δίνες από τις οποίες τίποτα δεν μπορεί να ξεφύγει. Η έλξη της βαρύτητας στο εσωτερικό τους είναι τόσο μεγάλη ώστε ρουφούν ανήλεα τόσο το φως όσο και την ύλη που τις πλησιάζουν υπερβολικά.

Καμιά μαύρη τρύπα δεν παρατηρήθηκε ποτέ άμεσα—εξ ορισμού αυτό είναι αδύνατον—παρ’ όλο που οι φυσικοί ελπίζουν να καταδείξουν την ύπαρξή τους από την επίδρασή τους σε γειτονικά αντικείμενα. Ίσως χρειαστούν νέες τεχνικές παρατήρησης για τη διείσδυση σ’ αυτό το συγκεκριμένο μυστικό.

Μυστικά των Γαλαξιών

Γαλαξίας είναι ένας σχηματισμός στο σύμπαν που απαρτίζεται από δισεκατομμύρια άστρα. Το 1920 ανακαλύφθηκε ότι ο ήλιος δεν ήταν το κέντρο του Γαλαξία μας, όπως είχε υποστηριχτεί προηγουμένως. Λίγο αργότερα, ισχυρά τηλεσκόπια αποκάλυψαν πληθώρα άλλων γαλαξιών, και ο άνθρωπος άρχισε να αντιλαμβάνεται την απεραντοσύνη του σύμπαντος.

Η ομιχλώδης γαλακτόχρωμη ζώνη που βλέπουμε στον ουράνιο θόλο και αποκαλείται μερικές φορές «Ιορδάνης Ποταμός» είναι στην πραγματικότητα άποψη του γαλαξία στον οποίο ανήκουμε από ένα ακραίο σημείο του. Αν μπορούσαμε να τον δούμε από μακριά, θα έμοιαζε περισσότερο μ’ ένα γιγαντιαίο σπειροειδές πυροτέχνημα. Το σχήμα του έχει παρομοιαστεί με δυο τηγανητά αβγά τοποθετημένα έτσι ώστε το κάτω μέρος του ενός να ακουμπάει το κάτω μέρος του άλλου· όλα αυτά βέβαια σε πολύ μεγαλύτερη κλίμακα. Αν ταξιδεύαμε με την ταχύτητα του φωτός, θα χρειαζόμασταν 100.000 χρόνια για να διασχίσουμε το Γαλαξία μας. Ο ήλιος, που βρίσκεται προς το εξωτερικό άκρο του Γαλαξία μας, χρειάζεται 200 εκατομμύρια χρόνια για να κάνει μια πλήρη περιστροφή γύρω από το γαλαξιακό κέντρο.

Οι γαλαξίες, όπως και τα άστρα, κρύβουν ακόμη πολλά μυστικά που προβληματίζουν τους επιστημονικούς κύκλους.

Κβάζαρ. Στη δεκαετία του 1960 έγιναν αντιληπτά ισχυρά ραδιοσήματα από μακρινά αντικείμενα, σε πολύ μεγάλη απόσταση από το δικό μας γαλαξιακό σμήνος. Αυτά ονομάστηκαν κβάζαρ (ημιαστέρες)—ή αλλιώς «ημιαστρικές πηγές ραδιοκυμάτων»—λόγω της ομοιότητάς τους με τα άστρα. Αλλά το αίνιγμα για τους αστρονόμους ήταν η απίστευτη ενέργεια που εκλύουν οι κβάζαρ. Ο πιο ακτινοβόλος είναι περίπου δέκα χιλιάδες φορές λαμπρότερος από το Γαλαξία μας, και οι πιο απόμακροι που έχουν ανακαλυφθεί είναι δέκα και πλέον δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά.

Έπειτα από δυο δεκαετίες εντατικής έρευνας, οι αστρονόμοι κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι αυτοί οι μακρινοί κβάζαρ είναι πολύ ενεργοί πυρήνες απόμακρων γαλαξιών. Αλλά τι συμβαίνει στον πυρήνα αυτών των γαλαξιών και απελευθερώνεται τέτοια φοβερή ποσότητα ενέργειας; Μερικοί επιστήμονες υποστηρίζουν ότι η ενέργεια δεν απελευθερώνεται με πυρηνική σύντηξη, όπως συμβαίνει στα άστρα, αλλά με κάποιες διαδικασίες που έχουν σχέση με τη βαρύτητα. Πρόσφατες θεωρίες συνδέουν τους κβάζαρ με γιγαντιαίες μαύρες τρύπες. Το αν αυτό είναι σωστό ή όχι παραμένει αβέβαιο προς το παρόν.

Οι κβάζαρ και οι μαύρες τρύπες είναι δύο μόνο από τα αινίγματα που παραμένουν άλυτα. Στην πραγματικότητα, μερικά από τα μυστικά του σύμπαντος μπορεί να μην τα κατανοήσουμε ποτέ. Ωστόσο, εκείνα στα οποία έχουμε διεισδύσει μπορούν να μας δώσουν μερικά βαθιά διδάγματα, διδάγματα που δεν επηρεάζουν μόνο τον κόσμο της αστρονομίας.

[Εικόνα στη σελίδα 7]

Ο Σπειροειδής γαλαξίας Μ83

[Ευχαριστίες]

Photo: D. F. Malin, courtesy of Anglo-Australian Telescope Board

[Εικόνες στη σελίδα 8]

Η Κοσμηματοθήκη

Ανοιχτό αστρικό σμήνος, οι Πλειάδες στον αστερισμό του Ταύρου, Μ45

[Ευχαριστίες]

Photo: D. F. Malin, courtesy of Anglo-Australian Telescope Board

[Εικόνες στη σελίδα 8]

Το νεφέλωμα του Ωρίωνα, και στο ένθετο το νεφέλωμα Κεφαλή Ίππου

[Ευχαριστίες]

Photo: D. F. Malin, courtesy of Anglo-Australian Telescope Board