Μαύρες τρύπες και σκοτεινή ενέργεια:πώς το Hubble ανακάλυψε τα πιο σκοτεινά μυστικά του Σύμπαντος

Η υψηλή ανάλυση, το μεγάλο διάφραγμα και η εξαιρετική ακρίβεια του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble σημαίνει ότι μπορεί να τραβήξει φωτόνια από τα πιο σκοτεινά σημεία του Σύμπαντος, κοιτάζοντας πιο πίσω από οποιοδήποτε οπτικό τηλεσκόπιο που είχε προηγηθεί.

Καθώς το φως από αυτούς τους μακρινούς γαλαξίες και αστέρια χρειάστηκε δισεκατομμύρια χρόνια για να διασχίσει το κενό, τα βλέπουμε όπως ήταν πριν από χιλιετίες, μέχρι τις πρώτες μέρες του Σύμπαντος.

«Μπορούμε να συγκρίνουμε τη φύση των πιο μακρινών γαλαξιών με αυτούς που βλέπουμε πιο κοντά μας στο χώρο και στο χρόνο, για να δούμε αν είναι διαφορετικοί. Και, στην πραγματικότητα, είναι», λέει η Jennifer Wiseman, ανώτερη επιστήμονας του προγράμματος Hubble. "Νομίζω ότι η πιο βαθιά συνεισφορά του Hubble μας αποκάλυψε πώς έχει αλλάξει το Σύμπαν με την πάροδο του χρόνου."

Ανακαλύψτε περισσότερα για το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble:

• 8 όμορφες εικόνες του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble που πιθανότατα δεν έχετε ξαναδεί
• Το Hubble μας ταξιδεύει στο κέντρο του Γαλαξία
• 10 από τις μεγαλύτερες ανακαλύψεις του Hubble
• Διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble:"Είναι σαν να κρατάς έναν δείκτη λέιζερ σε απόσταση 330 χιλιομέτρων για 24 ώρες"
• Πώς το Hubble μας έδωσε μια νέα προοπτική για τους πλανήτες

Πουθενά αυτή η ικανότητα δεν παρουσιάζεται καλύτερα από ό,τι στις εικόνες του Hubble Deep Field. Η πρώτη από αυτές τραβήχτηκε το 1995, όταν το τηλεσκόπιο έκανε έκθεση 100 ωρών –πολλές φορές μεγαλύτερη από το κανονικό– σε ένα φαινομενικά κενό τμήμα του ουρανού.

Εκείνη την εποχή, ορισμένοι αστρονόμοι υποστήριξαν ότι η εικόνα ήταν χάσιμο του πολύτιμου χρόνου του Hubble, αλλά όταν η εικόνα συγκεντρώθηκε, αποδείχτηκε γρήγορα ότι ήταν λάθος.

Αυτή η πρώτη εικόνα περιείχε σχεδόν 3.000 γαλαξίες, μερικοί από τους οποίους χρονολογούνται από την εποχή που σχηματίστηκαν τα πρώτα αστέρια. Αυτοί φάνηκαν να είναι μικρότεροι και πιο ακανόνιστοι από εκείνους της σημερινής εποχής, αποδεικνύοντας ότι οι γαλαξίες αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου.

Σουπερνόβα και σκοτεινή ενέργεια

Ενώ το οξυδερκές μάτι του Hubble μπόρεσε να διακρίνει αυτούς τους μακρινούς γαλαξίες, ήταν επίσης καθοριστικό για τον προσδιορισμό της ακριβούς απόστασης αυτών των απομακρυσμένων αστρικών συλλογών.

"Το Hubble παρατηρεί τους υπερκαινοφανείς τύπου Ia που χρησιμοποιούν οι αστρονόμοι για να μετρήσουν την απόσταση από μακρινούς γαλαξίες", λέει ο Wiseman.

Αυτοί οι σουπερνόβα τύπου Ia εκρήγνυνται πάντα με την ίδια φωτεινότητα, επομένως, μετρώντας τη φαινομενική τους φωτεινότητα από τη Γη, οι αστρονόμοι μπορούν να υπολογίσουν πόσο μακριά πρέπει να είναι αυτοί – και ο γαλαξίας στον οποίο εμφανίστηκαν. Ο υπολογισμός αυτών των αποστάσεων είναι βασικό μέρος ενός από τους κύριους επιστημονικούς στόχους του Hubble - τη μέτρηση του ρυθμού με τον οποίο διαστέλλεται το Σύμπαν.

«Από τότε που ο Έντουιν Χαμπλ έκανε παρατηρήσεις που έδειχναν ότι οι γαλαξίες υποχωρούν πριν από έναν αιώνα, γνωρίζαμε ότι το Σύμπαν φαίνεται να διαστέλλεται και ότι το διάστημα φαίνεται να τεντώνεται», λέει ο Wiseman.

«Αλλά η μέτρηση του πραγματικού ρυθμού αυτής της επέκτασης ήταν πρόκληση γιατί απαιτεί ακριβείς μετρήσεις απόστασης. Το Hubble βοήθησε να γίνουν αυτές οι παρατηρήσεις με όλο και μεγαλύτερη ακρίβεια, οδηγώντας σε μία από τις πιο σημαντικές συνεισφορές του – συνειδητοποιώντας ότι η διαστολή του Σύμπαντος επιταχύνεται στην πραγματικότητα.»

Οι αστρονόμοι εξεπλάγησαν όταν δύο ανεξάρτητες ομάδες ανακάλυψαν αυτήν την επιτάχυνση το 1998. Όλοι είχαν υποθέσει ότι μετά τη Μεγάλη Έκρηξη η διαστολή είτε θα επιβραδύνει σε μια στάση είτε θα κατέβει σε σταθερό ρυθμό. Εάν η επέκταση επιταχύνεται, τότε τίθεται το ερώτημα:τι την επιταχύνει;

• Εγγραφή στο Science Focus Podcast σε αυτές τις υπηρεσίες:Acast, iTunes, Stitcher, RSS, Overcast

«Ακόμα δεν καταλαβαίνουμε πλήρως», λέει ο Wiseman. «Είναι ένα πολύ καυτό θέμα στην αστροφυσική. Το ονομάζουμε σκοτεινή ενέργεια και το Hubble έχει παίξει πραγματικά βασικό ρόλο στη μελέτη του.»

Σήμερα, οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι η σκοτεινή ενέργεια αποτελεί περίπου το 75 τοις εκατό του Σύμπαντος. Ένα μικρό μέρος του υπόλοιπου αποτελείται από φωτεινή ύλη, όπως το αέριο και η σκόνη που λάμπει στα σύννεφα ή καίγεται στα αστέρια. Το υπόλοιπο 24 τοις εκατό είναι η σκοτεινή ύλη, μια άλλη μυστηριώδης ουσία που διασχίζει το Σύμπαν μας, εκτείνοντας ανάμεσα σε γαλαξίες και αστέρια.

Σκοτεινή ύλη και βαρυτικός φακός

Αυτή η σκοτεινή ύλη δεν αλληλεπιδρά με το φως όπως η κανονική ύλη, καθιστώντας την εντελώς αόρατη στα κανονικά τηλεσκόπια. Αλλά όντως αλληλεπιδρά με το ορατό Σύμπαν μέσω της βαρύτητας, που σημαίνει ότι το Hubble είναι σε θέση να φέρει αυτή την «μη ορατή» ουσία στο φως.

«Οποιοσδήποτε τύπος μάζας θα παραμορφώσει τον χωροχρόνο», λέει ο Wiseman. "Εάν έχετε μια πολύ μεγάλη συλλογή μάζας, αυτή η παραμόρφωση μπορεί να δημιουργήσει ένα φαινόμενο αρκετά σημαντικό για να παρατηρηθεί."

Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως βαρυτικός φακός, όπου το φως από έναν μακρινό γαλαξία κάμπτεται από τη βαρύτητα ενός τεράστιου αντικειμένου, όπως ένα σμήνος γαλαξιών. Ωστόσο, η διαδικασία δεν είναι τέλεια και από τη στιγμή που το φως από τον μακρινό γαλαξία φτάνει στη Γη έχει συνήθως παραμορφωθεί πολύ.

«Το Hubble χρησιμοποιείται για να παρατηρήσει σμήνη γαλαξιών για να ανιχνεύσει αυτά τα τόξα παραμορφωμένου φωτός», λέει ο Wiseman. "Εξετάζοντας τον βαρυτικό φακό των σμηνών γαλαξιών μπορούμε να πούμε κάτι για το πώς κατανέμεται η μάζα σε αυτά τα σμήνη."

Το μεγαλύτερο μέρος αυτής της μάζας είναι σκοτεινή ύλη. Εξετάζοντας πόσο παραμορφώνονται οι γαλαξίες, οι αστρονόμοι είναι σε θέση να χαρτογραφήσουν πώς η μυστηριώδης ουσία είναι κατανεμημένη σε όλο το Σύμπαν.

Εντοπισμός υπερμεγέθων μαύρων τρυπών

Ένα άλλο φαινομενικά αόρατο αντικείμενο που το Hubble βοήθησε να φωτιστεί είναι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Αυτά τα πυκνά σώματα είναι αρκετά δισεκατομμύρια φορές πιο μαζικά από τον Ήλιο μας και πιστεύεται ότι βρίσκονται στην καρδιά των περισσότερων γαλαξιών.

Πριν από το Hubble, αυτές οι μαύρες τρύπες ήταν εντελώς θεωρητικές. Η μόνη απόδειξη της ύπαρξής τους ήταν ραδιοπαρατηρήσεις μακρινών γαλαξιών γνωστών ως κβάζαρ, οι οποίοι περιείχαν αντικείμενα στο μέγεθος του Ηλιακού Συστήματος αλλά που έλαμπαν πιο φωτεινά από οποιοδήποτε άλλο γνωστό πράγμα στο Σύμπαν.

Διαβάστε περισσότερα για την κοσμολογία:

• Η αναζήτηση για την κβαντική βαρύτητα:γιατί το να κάνεις λάθος είναι απαραίτητο για την επιστήμη
• Υπάρχει σκουληκότρυπα που κρύβεται στο κέντρο του Γαλαξία;

Το Hubble ήταν σε θέση να προσδιορίσει ότι οι ραδιοεκπομπές προέρχονταν από τα κέντρα των γαλαξιών που τους συγκρατούσαν, πιθανότατα από εξαιρετικά καυτό αέριο που θερμαινόταν έντονα καθώς στροβιλιζόταν γύρω από μια γιγάντια μαύρη τρύπα.

Το 1997, εγκαταστάθηκε ο φασματογράφος απεικόνισης του διαστημικού τηλεσκοπίου στο Hubble. Αυτό το όργανο ήταν πολύ καλύτερο στο να κοιτάζει την περιοχή κοντά στο κέντρο ενός γαλαξία και μπορούσε να διακρίνει την ταχεία κίνηση των αστεριών που πιάνονταν σε τροχιά κοντά σε μια μαύρη τρύπα. Το όργανο σύντομα τα βρήκε, αποδεικνύοντας οριστικά την ύπαρξη υπερμεγέθων μαύρων οπών.

Τα τελευταία 30 χρόνια, το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble βοήθησε τους αστρονόμους να βγάλουν φωτόνια από τα πιο βαθιά βάθη του διαστήματος, ακόμη και φωτισμένα μέρη στον κόσμο μας όπου δεν λάμπει φως, βοηθώντας στην αποκάλυψη των πιο σκοτεινών μυστικών του Σύμπαντος.

• Αυτό το άρθρο εμφανίστηκε για πρώτη φορά στο τεύχος 348 του BBC Science Focus Magazine

Από το BBC Sky at Night Magazine :

• Χαμπλ στα 30:τρεις δεκαετίες του διάσημου διαστημικού τηλεσκοπίου
• "Πώς εξυπηρετήσαμε το Hubble":Ο Mike Massimino αποκαλύπτει τα πάντα
• Πώς ο διάδοχος του Hubble το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb θα παρατηρήσει το Σύμπαν
• Η αστροναύτης Κάθι Σάλιβαν κατά την εκτόξευση του διάσημου διαστημικού τηλεσκοπίου
• Τι δεν πήγαινε καλά με τον καθρέφτη του Hubble και πώς διορθώθηκε;
• Ραδιοφωνική Αστρονομία Podcast :30 χρόνια από το απίστευτο διαστημικό τηλεσκόπιο
• Πώς προέκυψε το διαστημικό τηλεσκόπιο;
• Τι σήμαινε η εκτόξευση του Hubble για εμένα, ως ερασιτέχνη αστρονόμο
• Πώς το Hubble άλλαξε την άποψή μας για το Σύμπαν
• Γιατί οι αστροναύτες εξυπηρετούσαν το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble;
• Πώς χρησιμοποιείται το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble για τη μελέτη εξωπλανητών
• Μια ιστορία του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble