Ο Mario Livio στα 25 χρόνια του Hubble

Κάποια στιγμή στη ζωή μας, ερχόμαστε αντιμέτωποι με κάτι που φοβόμαστε ότι είναι μεγαλύτερο από εμάς και δεν έχουμε πού αλλού να στραφούμε , κοιτάμε μέχρι τους ουρανούς. Υπάρχουν και εκείνοι ανάμεσά μας που κοιτάζουν εκεί πρώτα και κρατούν αυτό το βλέμμα για μια ζωή.

Ο αστροφυσικός Mario Livio είναι ένα τέτοιο άτομο. Ανώτερος θεωρητικός αστροφυσικός στο Επιστημονικό Ινστιτούτο του Διαστημικού Τηλεσκοπίου, ο Livio είναι ειδικός στις σουπερνόβα και στην απεικόνισή τους. Το έργο του βοήθησε στον προσδιορισμό του ρυθμού διαστολής του σύμπαντος και στην κατανόηση της σκοτεινής ύλης και των μαύρων τρυπών.

Ήμουν εκεί στο Διαστημικό Κέντρο Κένεντι της NASA το 1990 όταν το Hubble έγινε το πρώτο μεγάλο οπτικό τηλεσκόπιο που εκτοξεύτηκε στο διάστημα. Το λεγόμενο «μάτι στον ουρανό» μας επέτρεψε να κοιτάξουμε πίσω στο χρόνο και να φωτίσουμε την καταγωγή μας. Παρά το δύσκολο ξεκίνημα που απαιτούσε μια αποστολή επισκευής, το Hubble εντόπισε σύντομα στοιχεία για τεράστιες μαύρες τρύπες, ακολουθούμενες από τα φεγγάρια του Πλούτωνα και στη συνέχεια τους πρώιμους γαλαξίες του σύμπαντος.

Στον εορτασμό της 25ης επετείου του τηλεσκοπίου Hubble φέτος, μίλησα με τον Livio στο Ινστιτούτο για τα εξαιρετικά επιτεύγματα της αποστολής και τον αντίκτυπό της στην επιστήμη, τις τέχνες και την κοινωνία. Ο Livio με ξενάγησε σε μακρινούς σουπερνόβα, σκοτεινή ενέργεια, σκοτεινή ύλη, σταθερά Hubble και εξέλιξη των γαλαξιών, δείχνοντας την ικανότητά του να κάνει κατανοητή την περίπλοκη επιστήμη.

Όσο για το πιο επαναστατικό ερώτημα που βλέπει να αντιμετωπίζει η ανθρωπότητα; Είτε είμαστε μόνοι στο σύμπαν.

Κάθε ερώτηση βίντεο αναπαράγεται στο επάνω μέρος της οθόνης.

Προβολή βίντεο

Πώς έχει αλλάξει το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble τον τρόπο που βλέπουμε το σύμπαν;

Οι εικόνες του Hubble, M16 και Deep field, είναι ιδιαίτερα γνωστές. Ποιες άλλες εικόνες είναι εξίσου μαγευτικές;

Πώς μας δείχνει το Φασματογράφο Cosmic Origins του Hubble τη δομή του σύμπαντος;

Τα επίγεια τηλεσκόπια μπορούν να παρέχουν διαφορετικές πληροφορίες από τα τηλεσκόπια που βασίζονται στο διάστημα. Μπορείς να εξηγήσεις?

Τι είναι η σκοτεινή ενέργεια;

Τι θα κάνει η σκοτεινή ενέργεια στο σύμπαν μας;

Τι είναι η σκοτεινή ύλη;

Τι ανακάλυψε το Hubble για τις μαύρες τρύπες;

Το Hubble έχει την ικανότητα να κοιτάζει πολύ βαθιά μέσα στο σύμπαν. Τι δείχνουν τα βαθιά πεδία του Hubble;

Τι σημαίνει αυτή η ικανότητα να βλέπουμε τόσο μακριά στο σύμπαν για την ανακάλυψη άλλων κατοικήσιμων πλανητών;

Πώς σας έχει επηρεάσει η προοπτική του πλήρους παροπλισμού του Hubble;

Μετάγραφο συνέντευξης

Πώς άλλαξε το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble τον τρόπο που βλέπουμε το σύμπαν;

Γνωρίζουμε από τη δεκαετία του 1920 ότι το σύμπαν μας διαστέλλεται. αλλά σκεφτήκαμε ότι ίσως αυτή η διαστολή επιβραδύνεται λόγω της βαρύτητας όλης της μάζας μέσα στο σύμπαν. Αυτό που ανακαλύψαμε το 1998 - και το Hubble έπαιξε πολύ κρίσιμο ρόλο σε αυτήν την ανακάλυψη - είναι ότι όχι μόνο η επέκταση δεν επιβραδύνεται, αλλά στην πραγματικότητα επιταχύνεται. επιταχύνεται. Και αυτή η επιτάχυνση προκαλείται από αυτήν την απωστική δύναμη, σε αντίθεση με την ελκτική δύναμη της βαρύτητας, αυτού που ονομάζουμε σκοτεινή ενέργεια.

Τώρα, πώς ανακαλύφθηκε αυτό; Βασικά, εξετάζουμε πολύ μακρινές αστρικές εκρήξεις που ονομάζουμε Supernovae τύπου 1a. Εδώ μπορείτε να δείτε μερικά από αυτά. Εδώ, βλέπετε έναν γαλαξία. Βλέπεις αυτό το σημείο φωτός να εμφανίζεται εκεί; Αυτό είναι το σουπερνόβα. Ή, εδώ είναι ένας γαλαξίας. Βλέπεις αυτό το σημείο φωτός να εμφανίζεται εκεί; Αυτό είναι το σουπερνόβα. Τώρα, αυτοί είναι πολύ μακρινοί σουπερνόβα. Είναι αποστάσεις ίσως 7, 8 δισεκατομμυρίων ετών φωτός μακριά. Αυτό σημαίνει ότι το φως έφυγε από αυτές τις σουπερνόβα πριν από 8 δισεκατομμύρια χρόνια. Έτσι, παίρνουμε μια εικόνα, αν θέλετε, του σύμπαντός μας όπως ήταν πριν από 8 δισεκατομμύρια χρόνια. Μπορούμε λοιπόν να συγκρίνουμε την επέκταση που [υπήρχε] τότε με την επέκταση που είναι τώρα—και έτσι διαπιστώσαμε βασικά ότι η επέκταση επιταχύνεται, επιταχύνεται.

Ένα άλλο πολύ σημαντικό πράγμα που έκανε το Hubble ήταν να βελτιώσει τις μετρήσεις της σταθεράς Hubble. Η σταθερά Hubble είναι στην πραγματικότητα ένα μέτρο του τρέχοντος ρυθμού διαστολής του σύμπαντος και είναι η πιο σημαντική παράμετρος που καθορίζει την ηλικία του σύμπαντος. Η ηλικία βασικά πηγαίνει σαν ένα πάνω από τη σταθερά του Hubble.

Πριν από την εκτόξευση του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble, υπήρχαν δύο ομάδες αστρονόμων που μάλωναν όλη την ώρα για την τιμή της σταθεράς Hubble. Είχαν δύο τιμές που ήταν διαφορετικές, η μία από την άλλη, κατά έναν πλήρη συντελεστή δύο. Στις κατάλληλες μονάδες η μία είχε αξία περίπου 50 και μία είχε αξία περίπου 100, κάτι που φυσικά δεν μπορεί να είναι. Αυτό που συνέβη με το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble είναι [ότι] με πολλές και πολλές μετρήσεις, πολλών, πολλών μακρινών δεικτών—όπως σε αυτόν τον γαλαξία, αυτούς τους πράσινους κύκλους, σημειώνουν τις θέσεις των πραγμάτων που ονομάζουμε Μεταβλητές Κηφειδών (αυτά είναι αστέρια που πάλλονται )—αποδεικνύεται ότι υπάρχει μια πολύ, πολύ στενή [σχέση] μεταξύ της περιόδου του παλμού (πόσο χρόνο χρειάζεται το αστέρι για να πάλλεται) και της πραγματικής φωτεινότητας του άστρου, της εγγενούς φωτεινότητας του άστρου. Επειδή μπορούμε να μετρήσουμε την περίοδο των παλμών με μεγάλη ακρίβεια, μπορούμε να γνωρίζουμε ποια είναι η πραγματική φωτεινότητα του αστεριού. Και στη συνέχεια, συγκρίνοντας την πραγματική φωτεινότητα του άστρου με τη φωτεινότητα που βλέπουμε, μπορούμε να πούμε πόσο μακριά είναι [αυτό το] αστέρι. Είναι σαν [αυτό]:Αν κρατήσω ένα κερί εδώ και το κρατήσω σε διπλάσια απόσταση, θα ήταν τέσσερις φορές λιγότερο φωτεινό. Πέφτει σαν, ένα πάνω από το τετράγωνο της απόστασης—τη φωτεινότητα του πράγματος—και αυτό συμβαίνει και με αυτά τα πράγματα.

Μπορούμε τότε να προσδιορίσουμε τις αποστάσεις και αυτό ήταν το κύριο πρόβλημα:Καθορισμός αποστάσεων με μεγάλη ακρίβεια. Αλλά τώρα το κάναμε αυτό. Επί του παρόντος, έχουμε καταφέρει να βελτιώσουμε την τιμή της σταθεράς Hubble. Το γνωρίζουμε μέσα σε ένα σφάλμα που δεν υπερβαίνει το 3 τοις εκατό. Θυμηθείτε, από το να το γνωρίζετε μόνο με έναν παράγοντα δύο, στο να το γνωρίζετε εντός 3 τοις εκατό. Και, αυτό είναι το πόσο καλά γνωρίζουμε τώρα την ηλικία του σύμπαντος. Η ηλικία του σύμπαντός μας είναι σχεδόν 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια και το γνωρίζουμε τώρα με πολύ, πολύ υψηλή ακρίβεια.

Οι εικόνες του Hubble, M16 και Deep Field, είναι ιδιαίτερα γνωστές. Ποιες άλλες εικόνες είναι εξίσου μαγευτικές;

Λοιπόν, πρώτα απ 'όλα, θα έλεγα ότι αυτές οι δύο εικόνες εξακολουθούν να μαγεύουν, νομίζω, ναι; Το M16 έχει γίνει εμβληματικό. δεν τίθεται θέμα για αυτό. Ονομάστηκε «Οι Στύλοι της Δημιουργίας» και ούτω καθεξής. Θέλω να πω, αυτές οι στήλες αερίου και σκόνης όπου γεννιούνται νέα αστέρια—είναι πραγματικά φανταστικές. Το Hubble Deep Field, και οι διάδοχοί του, το Hubble Ultra Deep Field, το Extreme Deep Field και ούτω καθεξής, συνεχίζουν να είναι πολύ εμπνευσμένα, δείχνοντάς μας ότι το σύμπαν μας αποτελείται από εκατοντάδες δισεκατομμύρια γαλαξίες και ούτω καθεξής, σίγουρα φοβερο. Αλλά φυσικά, από τότε έχουν γίνει πολλά περισσότερα. Εδώ είναι μερικά από αυτά.

Αυτό λοιπόν, το ονομάσαμε αυτό το Mystic Mountain, απλά επειδή μοιάζει με βουνό! Είναι ένας άλλος πυλώνας αερίου και σκόνης όπου γεννιούνται νέα αστέρια μέσα. Όχι μόνο ότι μέσα γεννιούνται νέα αστέρια, αλλά εδώ, μπορείτε ακόμη και να δείτε τους πίδακες που προέρχονται από τον δίσκο γύρω από ένα νεαρό αστέρι που γεννιέται εκεί μέσα. Και εδώ, μπορείτε να δείτε έναν άλλο πίδακα που πηγάζει από ένα άλλο αστέρι που γεννιέται εδώ μέσα, και [το οποίο] έχει αυτό το πίδακα μέσα του. Και φυσικά, καθώς οι κάμερες που έχουμε εγκαταστήσει στο Hubble μέσω αποστολών εξυπηρέτησης από τότε έχουν υψηλότερη ανάλυση και καλύτερη ποιότητα εικόνας, τότε φυσικά οι εικόνες δίνουν πολλές περισσότερες λεπτομέρειες από ό,τι μπορούσαμε να δούμε πριν. Νομίζω ότι αυτή είναι απλώς μια εκπληκτική εικόνα, Mystic Mountain.

Υπάρχουν και άλλες φανταστικές εικόνες. Σαν αυτό. Αυτό είναι το Νεφέλωμα Horsehead, που ονομάζεται έτσι επειδή σε εικόνες που βασίζονται στο έδαφος, και ούτω καθεξής, αυτό έμοιαζε λίγο με το κεφάλι ενός αλόγου. Αλλά τώρα τραβήξαμε αυτή την εικόνα σε υπέρυθρο φως επειδή το Hubble διαθέτει την κάμερα ευρέος πεδίου 3, η οποία έχει δυνατότητες υπέρυθρων. Η σκόνη είναι εντελώς αδιαφανής στο ορατό φως, αλλά είναι κυρίως διαφανής στο υπέρυθρο φως. Αυτό που επιτρέπει το υπέρυθρο είναι [η ικανότητα] να βλέπει κανείς μέσα από μέρη αυτού του νεφελώματος και επομένως, να βλέπει όλες αυτές τις απίστευτες λεπτομέρειες σε αυτό το Αλογοκέφαλο. Πιστεύω ότι αυτή είναι μια πραγματικά εκπληκτική εικόνα.

Μια άλλη εικόνα που πιστεύω ότι είναι φανταστική είναι αυτή. Μερικές φορές το αποκαλούμε «Το Τριαντάφυλλο». Αυτοί είναι πραγματικά δύο γαλαξίες που αλληλεπιδρούν, και λόγω της βαρυτικής τους αλληλεπίδρασης, λόγω των παλιρροϊκών δυνάμεων, ο καθένας από αυτούς τεντώνει λίγο τον άλλον και σχηματίζουν αυτή τη δομή που μοιάζει λίγο με τριαντάφυλλο, έτσι το λέμε. Και πάλι, μπορείτε να δείτε εδώ σε όλες αυτές τις ουρές, σε αυτές τις παλιρροϊκές ουρές, όλα αυτά τα μπλε σμήνη αστεριών, νέα αστέρια που γεννιούνται και ούτω καθεξής. Όλα αυτά συμβαίνουν ως αποτέλεσμα αυτής της αλληλεπίδρασης. Έτσι, έχουμε πραγματικά κυριολεκτικά χιλιάδες νέες εικόνες, και πολλές από αυτές κόβουν την ανάσα.

Πώς μας δείχνει το φασματογράφο Cosmic Origins του Hubble τη δομή του σύμπαντος;

Η σκοτεινή ύλη είναι πραγματικά υπεύθυνη για το σχηματισμό της δομής. Αυτό που συνέβη στο πρώιμο σύμπαν είναι [ότι] ήταν η σκοτεινή ύλη που κατέρρευσε πρώτη για να σχηματίσει ορισμένα φρεάτια βαρυτικού δυναμικού και η συνηθισμένη ύλη ακριβώς τότε έρεε σε αυτά τα πιθανά πηγάδια. Έτσι άρχισαν να σχηματίζονται τελικά οι γαλαξίες και άρχισαν να σχηματίζονται σμήνη γαλαξιών.

Αλλά όταν προσομοιώνουμε αυτή τη δομή που σχηματίζει αυτή η σκοτεινή ύλη - και τώρα υπάρχουν πολύ, πολύ μεγάλες προσομοιώσεις υπολογιστή που το κάνουν αυτό - ανακαλύπτουμε ότι σχηματίζεται σαν ένα δίκτυο νημάτων, ένας κοσμικός ιστός από νήματα αυτής της σκοτεινής ύλης. Είναι λίγο σαν σφουγγάρι, αλλά είναι πραγματικά εκεί που θα ήταν τα νήματα, και μεταξύ τους, υπάρχουν αυτά τα κενά και ούτω καθεξής. Έχουμε λοιπόν αυτό το είδος δομής και μετά η συνηθισμένη ύλη συλλέγεται σε εκείνα τα πιο πυκνά σημεία αυτού του κοσμικού ιστού.

Τώρα, πώς μπορούμε να ανακαλύψουμε την ύπαρξη αυτού του κοσμικού ιστού; Τελικά, όλο το διαγαλαξιακό αέριο σχηματίζει αυτό το είδος πράγματος. Δεν μπορούμε να το δούμε γιατί δεν εκπέμπει αρκετό φως για να μπορέσουμε πραγματικά να το δούμε. Αλλά κοιτάμε πιο απομακρυσμένα κβάζαρ για παράδειγμα, που είναι αυτές οι πολύ, πολύ μακρινές μαύρες τρύπες στα κέντρα των γαλαξιών, που φαίνονται σαν σημεία φωτός. Και το φως από εκείνα τα κβάζαρ περνά - καθοδόν προς εμάς, προς το τηλεσκόπιό μας - περνά μέσα από πολλά από αυτά τα νήματα. Καθώς περνά μέσα από τα νήματα, τα άτομα καταφέρνουν να απορροφήσουν μέρος του φωτός από αυτό το φως που εισέρχεται, και στην πραγματικότητα βλέπουμε αυτές τις απορροφήσεις στα φάσματα που παίρνουμε. Έτσι, το Hubble, για παράδειγμα, έχει αυτόν τον φανταστικό φασματογράφο που τώρα ονομάζεται COS, Cosmic Origins Spectrograph, ο οποίος πραγματικά βλέπει όλα αυτά τα πράγματα και έτσι μας επιτρέπει να χαρτογραφήσουμε αυτήν την τρισδιάστατη δομή του κοσμικού ιστού που έχουμε.

Τα επίγεια τηλεσκόπια μπορούν να παρέχουν διαφορετικές πληροφορίες από τα τηλεσκόπια που βασίζονται στο διάστημα. Μπορείτε να εξηγήσετε;

Κάθε ένα από αυτά τα τηλεσκόπια έχει τα δυνατά και τα αδύνατα σημεία του. Τα τηλεσκόπια στο έδαφος είναι πολύ μεγάλα. Το τηλεσκόπιο Keck, το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο—έχουν μεγάλες περιοχές συλλογής και επομένως, μπορούν να αναζητήσουν πολύ αμυδρά πράγματα. Εάν χρειάζεται να πάρετε ένα φάσμα από ένα πολύ αχνό αντικείμενο, αυτός είναι ο τρόπος που θα το κάνετε. Από την άλλη πλευρά, στο ορατό φως… Παρόλο που η προσαρμοστική οπτική έχει καταφέρει να εξαλείψει μερικές από τις θολώσεις της ατμόσφαιρας της γης στο υπέρυθρο, στο ορατό φως, δεν υπάρχει ακόμα τίποτα που να συγκρίνεται με το Hubble όσον αφορά την ανάλυση που μπορεί να επιτυγχάνεται στο ορατό φως. Και επίσης δεν υπάρχει τίποτα στο εγγύς μέλλον που να μπορεί να συγκριθεί με αυτό.

Έτσι, αν χρειάζεστε αυτήν την απίστευτη υψηλή ανάλυση, στον εντοπισμό λεπτομερειών και ούτω καθεξής, πράγματα όπως το Hubble εξακολουθούν να είναι αυτό που πρέπει να [χρησιμοποιήσετε]. Τώρα, θα έχουμε το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, το οποίο είναι μεγαλύτερος καθρέφτης - το Hubble είναι μόνο 2,4 μέτρα. Ο James Webb είναι 6,5—είναι ένα πολύ μεγαλύτερο τηλεσκόπιο. Λειτουργεί όμως αποκλειστικά, ουσιαστικά, στο υπέρυθρο, όχι στο ορατό φως, όπως το Hubble. Άρα θα έχει τα δυνατά του σημεία. Το LSSD θα έχει τα δυνατά του σημεία και ούτω καθεξής. Επομένως, το βλέπω ως πραγματικά, μια μεγάλη προσπάθεια, όπου οι παρατηρήσεις από ένα παρατηρητήριο θα συμπληρώνουν τις παρατηρήσεις από ένα άλλο παρατηρητήριο. Επειδή μόνο μέσω αυτών των διαφορετικών τρόπων παρατήρησης—διαφορετικά μήκη κύματος, διαφορετικές ευαισθησίες κ.λπ.—θα μπορέσουμε να έχουμε μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα.

Τι είναι η σκοτεινή ενέργεια;

Δεν ξέρουμε τι είναι αυτή η σκοτεινή ενέργεια. Ξέρουμε τι κάνει:Επιταχύνει τη διαστολή του σύμπαντος. Γνωρίζουμε επίσης ότι είναι μια πολύ ομαλή μορφή ενέργειας που γεμίζει ολόκληρο τον χώρο. Και έχουμε μερικές ιδέες για το τι μπορεί να είναι. Πιστεύουμε ότι είναι η ενέργεια που σχετίζεται με τον κενό χώρο, με ένα φυσικό κενό. Το κενό, στη φυσική, δεν είναι κάτι όπου δεν υπάρχει τίποτα εκεί. είναι πολύ, πολύ δραστήριο. Στην πραγματικότητα, γεμίζει με ζεύγη εικονικών σωματιδίων και αντισωματιδίων που εμφανίζονται και εξαφανίζονται, εμφανίζονται και εξαφανίζονται, ξέρετε, και ούτω καθεξής. Έτσι πιστεύουμε ότι είναι αυτή η ενέργεια αυτού του κενού που το κάνει αυτό. Το πρόβλημα είναι ότι όταν προσπαθούμε να υπολογίσουμε πόση ενέργεια πρέπει να υπάρχει στο κενό, παίρνουμε αριθμούς που διαφέρουν κατά πολλές τάξεις μεγέθους από αυτό που πραγματικά φαίνεται. Επομένως, εξακολουθούμε να μην γνωρίζουμε ακριβώς τι είναι αυτή η σκοτεινή ενέργεια, αλλά η τρέχουσα καλύτερη εικασία είναι ότι είναι αυτή η ενέργεια του κενού χώρου, και αυτό ωθεί τη διαστολή του σύμπαντός μας να επιταχυνθεί.

Τι θα κάνει η σκοτεινή ενέργεια στο σύμπαν μας;

Λοιπόν, επειδή δεν γνωρίζουμε ακόμη πώς ακριβώς θα συμπεριφερθεί η σκοτεινή ενέργεια, δεν μπορώ πραγματικά να απαντήσω σε αυτήν την ερώτηση. Ωστόσο, εάν η σκοτεινή ενέργεια είναι πράγματι η ενέργεια που σχετίζεται με τον κενό χώρο, τότε στην πραγματικότητα γνωρίζουμε ότι η πυκνότητά της παραμένει σταθερή, και αυτό σημαίνει ότι η διαστολή του σύμπαντός μας θα συνεχίσει να επιταχύνεται με τον ίδιο τρόπο που επιταχύνεται τώρα. Θα συνεχίσει να επιταχύνεται για πάντα. Περίπου σε ένα τρισεκατομμύριο χρόνια από τώρα, περίπου, δεν θα μπορούσαμε —αν υπάρχουν ακόμα αστρονόμοι στη γειτονιά μας, εννοώ, του γαλαξία— δεν θα μπορούσαν να δουν κανέναν άλλο γαλαξία στον νυχτερινό ουρανό, ακόμη και με τα ισχυρότερα τηλεσκόπια τους. Θα πίστευαν ότι είναι ο μόνος γαλαξίας στο σύμπαν σε περίπου ένα τρισεκατομμύριο χρόνια από τώρα. Έτσι, το σύμπαν θα πάει σε έναν πολύ κρύο θάνατο αν είναι έτσι τα πράγματα.

Τώρα, όπως είπα, εξακολουθούμε να μην είμαστε σίγουροι ότι η σκοτεινή ενέργεια είναι πράγματι αυτή η ενέργεια του κενού χώρου, επομένως τα πράγματα μπορούν στην πραγματικότητα να καταλήξουν με πολύ διαφορετικούς τρόπους. Σε ένα άκρο, όλα μπορεί να καταλήξουν σε μια μεγάλη κρίση, [όπου] ολόκληρη η επέκταση γυρίζει πίσω και αρχίζει να καταρρέει ξανά. Ή, θα μπορούσε να καταλήξει σε κάτι που ονομάζουμε, «ένα μεγάλο σχίσιμο», που σημαίνει ότι ακόμη και οι μικρότερες δομές θα σχιστούν [στο τέλος] από τη δύναμη της διαστολής—ακόμα και άτομα και πυρήνες ατόμων, ξέρετε, και τα πάντα και ούτω καθεξής. Αλλά όπως είπα, οι περισσότερες παρατηρήσεις μέχρι σήμερα είναι συνεπείς με τη συνεχιζόμενη επιταχυνόμενη επέκταση, όπως τώρα. Δεν θα δείτε κανέναν άλλο γαλαξία και αυτό θα είναι.

Τι είναι η σκοτεινή ύλη;

Το σύμπαν μας είναι πολύ περίεργο. Περίπου το 70 τοις εκατό της είναι σε αυτήν τη μορφή ενέργειας που τώρα ονομάζουμε σκοτεινή ενέργεια, η οποία είναι αυτή η ενέργεια που ωθεί το σύμπαν να επιταχυνθεί. Περίπου το 20% έχει τη μορφή αυτού που ονομάζουμε σκοτεινή ύλη, η οποία είναι ύλη που δεν βλέπουμε επειδή δεν εκπέμπει καθόλου φως και δεν αλληλεπιδρά μέσω της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης. Λιγότερο από 5 τοις εκατό είναι αυτό που ονομάζουμε βαρυονική ύλη. Αυτό είναι το υλικό από το οποίο είμαστε φτιαγμένοι, [από αυτά] είναι φτιαγμένα τα αστέρια, [αυτά] οι γαλαξίες. Αυτό είναι μόνο λιγότερο από το 5 τοις εκατό του ενεργειακού προϋπολογισμού του σύμπαντος.

Άρα η σκοτεινή ύλη είναι πολύ σημαντική. Είναι το 20-κάποιο τοις εκατό της ενεργειακής πυκνότητας του σύμπαντος. Συγκεκριμένα, ήταν καθοριστικός για τη δημιουργία όλων των δομών που βλέπουμε στο σύμπαν—γαλαξίες και σμήνη γαλαξιών και ούτω καθεξής. Τώρα, επειδή αλληλεπιδρά τόσο αδύναμα και δεν εκπέμπει φως, το ερώτημα είναι πώς διαπιστώνετε ότι υπάρχει καθόλου; Και το βρίσκουμε μέσω της βαρυτικής του αλληλεπίδρασης, γιατί όντως αλληλεπιδρά βαρυτικά. Ξεκίνησε κοιτάζοντας μεμονωμένους γαλαξίες. Κοιτάτε αντικείμενα που βρίσκονται πολύ μακριά από το κέντρο του γαλαξία και αν όλη η μάζα του σύμπαντος ήταν η μάζα του γαλαξία που βλέπουμε, τα πράγματα εκεί δεν θα μπορούσαν να είχαν παραμείνει σε τροχιά κινούμενοι γύρω από το κέντρο του γαλαξία. απλά δεν υπήρχε αρκετή μάζα για να το κρατήσει εκεί. Έτσι συμπεραίνουμε ότι πρέπει να υπάρχουν όλα τα είδη μάζας εκεί που δεν βλέπουμε. Ξεκίνησε με αυτό.

Στη συνέχεια πήγε σε σμήνη γαλαξιών και ανακαλύψαμε ότι σε όλες τις κλίμακες, υπάρχει αυτό το θέμα που στην πραγματικότητα δεν βλέπουμε. Τώρα, σε ορισμένες συγκεκριμένες περιπτώσεις, όπως στην περίπτωση που φαίνεται εδώ, δύο σμήνη γαλαξιών συγκρούονται. Κάθε ένα από αυτά τα σμήνη γαλαξιών έχει γύρω του ένα φωτοστέφανο σκοτεινής ύλης. αλλά έχει επίσης κάποιο ζεστό αέριο μέσα του—απλά κανονικό αέριο, βαρυονικό αέριο, μέσα του. Τώρα, αυτό που συμβαίνει όταν τα δύο σμήνη συγκρούονται είναι ότι το θερμό αέριο συγκρούεται πραγματικά, αλληλεπιδρά ηλεκτρομαγνητικά και συγκρούεται. Και επειδή είναι ζεστό, φαίνεται στις ακτίνες Χ. Έτσι, στη συγκεκριμένη περίπτωση, αυτό φαίνεται με κόκκινο εδώ και αυτές είναι παρατηρήσεις από το Παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra, σε ακτίνες Χ.

Από την άλλη πλευρά, η σκοτεινή ύλη - η οποία αλληλεπιδρά πολύ, πολύ αδύναμα, δεν αλληλεπιδρά θερμικά - κάπως διέρχεται. Και αυτό είναι το μπλε υλικό που βλέπουμε εδώ, το οποίο δεν βλέπουμε πραγματικά. Ξέρουμε μόνο ότι είναι εκεί γιατί αυτό που κάνει αυτή η ύλη, [είναι] αυτό που ονομάζουμε βαρυτικό φακό—δηλαδή, κοιτάμε αντικείμενα που βρίσκονται πολύ πίσω από αυτό το σμήνος. Το φως από αυτά τα αντικείμενα παραμορφώνεται από τη βαρύτητα του συμπλέγματος, με τον ίδιο τρόπο που βάζετε έναν φακό στο μονοπάτι του φωτός, παραμορφώνει τη διαδρομή του φωτός. Αυτό είναι ένα από τα αποτελέσματα της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν.

Έτσι, από αυτόν τον βαρυτικό φακό, από το μοτίβο που βλέπουμε για τον βαρυτικό φακό, μπορούμε πραγματικά να ανακατασκευάσουμε την κατανομή της μάζας σε αυτά τα σμήνη γαλαξιών. Και αυτό είναι που μας δίνει αυτό, όπου βρίσκονται αυτά τα μπλε πράγματα. Αυτά λοιπόν είναι το αποτέλεσμα των παρατηρήσεων του Hubble, αυτών των παραμορφώσεων υπό το φως των πιο απομακρυσμένων αντικειμένων. Και αυτό μας λέει πού βρίσκεται το ζεστό αέριο. Αυτό που βλέπετε εδώ είναι ουσιαστικά ένας σαφής διαχωρισμός μεταξύ των δύο, επειδή το ένα περνάει, ενώ το άλλο συγκρούεται πραγματικά. Έτσι, με το Hubble μπορέσαμε τώρα, σε λίγες περιπτώσεις, να χαρτογραφήσουμε την κατανομή της σκοτεινής ύλης με αυτόν τον τρόπο. Και καταφέραμε ακόμη και να κάνουμε έναν τρισδιάστατο χάρτη, ξέρετε, σε μεγάλες αποστάσεις στο διάστημα της κατανομής της σκοτεινής ύλης.

Τι ανακάλυψε το Hubble για τις μαύρες τρύπες;

Ένα από τα πράγματα που ανακάλυψε το Hubble ήταν ότι πρώτα από όλα στο κέντρο σχεδόν κάθε γαλαξία υπάρχει μια μαύρη τρύπα, μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα, μια μεγάλη μαύρη τρύπα. Μια ανακάλυψη που δεν έγινε από το Hubble, παρεμπιπτόντως, είναι ότι στο κέντρο του δικού μας γαλαξία του Γαλαξία μας, υπάρχει μια μαύρη τρύπα με μάζα περίπου 4 εκατομμύρια φορές τη μάζα του ήλιου. Αλλά το Hubble έδειξε ότι ουσιαστικά, σχεδόν σε κάθε γαλαξία που κοιτάς, υπάρχει μια μαύρη τρύπα στο κέντρο. Αλλά περισσότερο από αυτό, ο Hubble ανακάλυψε ότι υπάρχει μια πολύ στενή [σχέση] μεταξύ της μάζας της μαύρης τρύπας, στο κέντρο του γαλαξία, και της διασποράς των ταχυτήτων, των ταχυτήτων γύρω από αυτή τη μαύρη τρύπα—η οποία είναι επίσης μέτρο της μάζας της διόγκωσης των αστεριών στο κέντρο του γαλαξία γύρω από τη μαύρη τρύπα.

Τώρα, αυτό είναι πολύ, πολύ σημαντικό γιατί μπορεί να έχετε σκεφτεί ότι ο γαλαξίας και η μαύρη τρύπα στο κέντρο του δεν γνωρίζουν ο ένας τον άλλον. εξελίσσονται εντελώς ανεξάρτητα. Αλλά το γεγονός ότι η μάζα της μαύρης τρύπας σχετίζεται τόσο στενά με τη διασπορά της ταχύτητας, ή τη μάζα της διόγκωσης γύρω από αυτήν, σημαίνει ότι οι γαλαξίες και οι μαύρες τρύπες στην πραγματικότητα συν-εξελίσσονται, εξελίσσονται μαζί. Και νομίζουμε ότι καταλαβαίνουμε τώρα ακόμη και πώς λειτουργεί αυτό, ότι, ξέρετε, για όσο διάστημα δημιουργείται μάζα εκεί στο κέντρο, η διόγκωση μεγαλώνει και η μαύρη τρύπα μεγαλώνει. Σε ένα ορισμένο σημείο αρχίζεις να έχεις αυτή την ανάδραση όπου η ακτινοβολία αρχίζει να πιέζει το αέριο που βρίσκεται εκεί μέσα και αυτό σταματά την ανάπτυξη τόσο της μαύρης τρύπας, αν θέλεις, όσο και της διόγκωσης. Και έτσι οι μάζες τους παραμένουν δεμένες μεταξύ τους. Αυτή η εικόνα εδώ δείχνει τον γαλαξία M87, ο οποίος έχει μια μαύρη τρύπα με μάζα περίπου 3 δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του ήλιου στο κέντρο του, και έχει επίσης αυτόν τον εντυπωσιακό πίδακα που βλέπουμε να βγαίνει σε αυτήν την εικόνα του Hubble από αυτό.

Το Hubble έχει την ικανότητα να κοιτάζει πολύ βαθιά στο σύμπαν. Τι δείχνουν τα βαθιά πεδία του Hubble;

Κάνετε μια πολύ, πολύ βαθιά παρατήρηση μιας μικροσκοπικής περιοχής του ουρανού - περίπου την περιοχή που θα βλέπατε αν κοιτούσατε μέσα από ένα καλαμάκι στον ουρανό - και αυτό είναι το Υπερβαθύ Πεδίο του Hubble. είναι μια εικόνα σαν αυτή. Φυσικά, το εκπληκτικό σε αυτές τις εικόνες είναι ότι σχεδόν κάθε φωτεινό σημείο που βλέπετε εδώ, με ελάχιστες εξαιρέσεις, είναι ένας ολόκληρος γαλαξίας με ίσως 100 δισεκατομμύρια αστέρια σαν τον ήλιο. Και υπάρχουν πολλές χιλιάδες από αυτούς σε αυτήν την εικόνα.

Και έχουμε προχωρήσει βαθύτερα από το αρχικό βαθύ πεδίο Hubble, ειδικά επειδή το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble έχει πλέον δυνατότητες και στο υπέρυθρο φως. Το υπέρυθρο φως μας επιτρέπει να βλέπουμε ακόμη βαθύτερα επειδή το σύμπαν διαστέλλεται, έτσι το φως μετατοπίζεται περισσότερο προς την κόκκινη πλευρά του φάσματος. Έτσι, αν κοιτάξετε στο υπέρυθρο, μπορείτε να δείτε ακόμα πιο βαθιά, ξέρετε, και ούτω καθεξής. Άρα έχουμε πάει πιο βαθιά από αυτό. Έχουμε δει τώρα το σύμπαν όπως ήταν όταν ήταν ακόμη λιγότερο από 500 εκατομμύρια χρόνια. όταν σήμερα είναι 13,8 δισεκατομμυρίων ετών. Έτσι έχουμε δει πραγματικά το σύμπαν στα σπάργανά του.

Τώρα, τι ανακαλύψαμε από όλα αυτά; Λοιπόν, πρώτα από όλα έχουμε δει ολόκληρη την ιστορία του πώς εξελίσσονται οι γαλαξίες, πώς συγχωνεύονται μεταξύ τους. Είναι όλα, ξέρετε, συγχωνεύσεις και εξαγορές, βασικά, όπως οι μεγάλες εταιρείες. Ξεκινάτε με μικρά δομικά στοιχεία, συγχωνεύονται για να σχηματίσουν μεγαλύτερα πράγματα, αυτά συγχωνεύονται για να σχηματίσουν ακόμα μεγαλύτερα πράγματα, μέχρι να σχηματίσετε τους μεγάλους γαλαξίες που βλέπουμε σήμερα.

Τι σημαίνει αυτή η ικανότητα να βλέπουμε τόσο μακριά στο σύμπαν για την ανακάλυψη άλλων κατοικήσιμων πλανητών;

Μέχρι το 1992, δεν γνωρίζαμε ούτε έναν πλανήτη εκτός του ηλιακού μας συστήματος. Το 1992, ανακαλύψαμε τους πρώτους πλανήτες γύρω από ένα άλλο αστέρι, αλλά ήταν γύρω από ένα περίεργο αστέρι, ένα πάλσαρ, που είναι αυτό το πολύ συμπαγές αντικείμενο – όχι το είδος του πράγματος όπου η ζωή θα μπορούσε πιθανώς να εξελιχθεί ποτέ, και ούτω καθεξής. Μόλις το 1995 ανακαλύψαμε τον πρώτο πλανήτη γύρω από ένα αστέρι που μοιάζει περισσότερο με τον ήλιο. Από τότε, πολλοί πλανήτες έχουν ανακαλυφθεί, ιδιαίτερα από τον δορυφόρο Kepler.

Υπάρχουν τώρα χιλιάδες υποψήφιοι πλανήτες και πάνω από 1.000 περίπου επιβεβαιωμένοι εξωηλιακούς πλανήτες (πλανήτες που περιστρέφονται γύρω από τα μητρικά τους αστέρια). Όχι μόνο αυτό, ο Κέπλερ έχει δείξει ότι στατιστικά, περίπου το 20 τοις εκατό όλων των άστρων, αστεριών που μοιάζουν με τον ήλιο ή μικρότερων αστεριών, έχουν έναν πλανήτη στο μέγεθος της Γης, περίπου, στην κατοικήσιμη ζώνη γύρω από αυτό το αστέρι. Η κατοικήσιμη ζώνη είναι εκείνη η ζώνη που δεν είναι ούτε πολύ ζεστή ούτε πολύ κρύα γύρω από το κεντρικό αστέρι, έτσι ώστε να μπορεί να υπάρχει υγρό νερό στην επιφάνεια, επειδή πιστεύουμε ότι το υγρό νερό μπορεί να είναι απαραίτητο συστατικό για τη ζωή, γι' αυτό το ονομάζουμε την κατοικήσιμη ζώνη. Έτσι, περίπου το 20 τοις εκατό όλων των αστεριών που μοιάζουν με τον ήλιο ή μικρότερα έχουν κάτι σαν πλανήτης μεγέθους γης σε αυτήν την κατοικήσιμη ζώνη. Αυτό αντιστοιχεί κυριολεκτικά σε δισεκατομμύρια πλανήτες στην κατοικήσιμη ζώνη μόνο στον δικό μας Γαλαξία.

Το Hubble έχει κάνει κάτι που είναι αρκετά μοναδικό, και αυτό είναι να καθορίσει τη σύνθεση της ατμόσφαιρας ορισμένων από αυτούς τους πλανήτες. Πώς το κάνει αυτό; Ο τρόπος που το κάνει αυτό είναι για διερχόμενους πλανήτες - πλανήτες που τυχαίνει να βρίσκονται σε τέτοια οπτική γραμμή που ο πλανήτης περνά μπροστά από το μητρικό του αστέρι. [Αυτοί οι πλανήτες] επισκιάζουν το αστέρι του. Τώρα, αυτή η έκλειψη είναι πολύ μικρή επειδή ο πλανήτης είναι πολύ μικρός σε σύγκριση με το αστέρι. Έτσι το μόνο που κάνει είναι ότι το φως του αστεριού μειώνεται κατά περίπου 1 έως 2 τοις εκατό καθώς ο πλανήτης πηγαίνει μπροστά. Ωστόσο, και εδώ είναι το κόλπο, όταν ο πλανήτης πηγαίνει μπροστά, ναι, μειώνει το φως του αστεριού κατά περίπου ένα-δυο τοις εκατό, αλλά ένα μέρος του φωτός από το αστέρι περνά μέσα από την ατμόσφαιρα του πλανήτη στο δρόμο του προς μας. Και μετά, μπορούμε να δούμε τι απορροφά αυτή η ατμόσφαιρα από το φως του άστρου, και αυτό μας λέει τη σύνθεση της ατμόσφαιρας αυτού του εξωηλιακού πλανήτη.

Αυτό έγινε τόσο με το Hubble όσο και με το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer. Θα μπορούσαμε να προσδιορίσουμε ποια είναι η σύνθεση της ατμόσφαιρας αυτών των πλανητών. Και ανακαλύψαμε τώρα σε πολλούς τέτοιους, ιδιαίτερα μέχρι τώρα, γιγάντιους πλανήτες, όπως ο Δίας στο ηλιακό μας σύστημα, ανακαλύψαμε νερό, ανακαλύψαμε ακόμη και μεθάνιο, ορισμένα οργανικά και ούτω καθεξής. Και μια ποικιλία άλλων στοιχείων όπως το νάτριο και ούτω καθεξής ανακαλύφθηκαν σε αυτό το πράγμα. Τώρα, πρέπει να πω ότι τα επόμενα χρόνια θα τα πάμε ακόμα καλύτερα γιατί το 2017 υπάρχει αυτός ο δορυφόρος TESS που υποτίθεται ότι θα εκτοξευθεί και θα ανακαλύψει μερικούς τέτοιους πλανήτες σε κατοικήσιμες ζώνες, και στη συνέχεια το 2018 Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, ο επιστημονικός διάδοχος του Hubble, θα εκτοξευθεί και θα μπορεί να χαρακτηρίζει τις ατμόσφαιρες εκείνων των πλανητών που θα βρει το TESS, αυτών των διερχόμενων πλανητών. Κατ' αρχήν, αν είμαστε πραγματικά, πραγματικά τυχεροί και αν η ζωή είναι πανταχού παρούσα, τότε θα μπορούσαμε ίσως ακόμη και να αναγνωρίσουμε κάποιες βιουπογραφές σε αυτές τις ατμόσφαιρες. Με αυτό, εννοώ υπογραφές που πιστεύουμε ότι είναι πιθανότατα να σχηματίζονται από τη ζωή—για παράδειγμα οξυγόνο, όζον, η ατμόσφαιρα που βρίσκεται εκτός της θερμοχημικής ισορροπίας και πράγματα αυτής της φύσης.

Τώρα, προσέξτε, ακόμα κι αν βρούμε μερικές βιουπογραφές όπως το νερό, όπως το οξυγόνο, το όζον και ούτω καθεξής, αυτό δεν θα είναι, «Ω, ανακαλύψαμε τη ζωή! Αυτό είναι!" γιατί υπάρχουν και άλλες διαδικασίες που θα μπορούσαν καταρχήν να τα κάνουν όλα αυτά. Έτσι, καμία βιουπογραφή δεν θα είναι αρκετή για να πείσει κανέναν ότι έχουμε ανακαλύψει κάποιες μορφές ζωής. Αλλά αν ανακαλύψουμε έναν ολόκληρο συνδυασμό από αυτά, ξέρετε—βρίσκουμε έναν πλανήτη μεγέθους γης, ο οποίος βρίσκεται στην κατοικήσιμη ζώνη, και θα ανακαλύψουμε ότι έχει νερό, έχει οξυγόνο, έχει όζον— καταρχήν, θα μπορούσαμε ακόμη και Προσπαθήστε να προσδιορίσετε εάν υπάρχει κάτι που κάνει η χλωροφύλλη, ξέρετε, που κάνουν τα φυτά, υπάρχει κάποιο είδος άνοδος, το ονομάζουμε «κόκκινη άκρη», που μπορείτε να δείτε, καταρχήν. Είναι πολύ δύσκολο να το δεις, αλλά καταρχήν φαίνεται. Εάν βρούμε έναν ολόκληρο συνδυασμό αυτών και η ατμόσφαιρα είναι εκτός θερμοχημικής ισορροπίας, τότε ίσως μπορείτε να αρχίσετε να είστε κάπως πεπεισμένοι ότι θα μπορούσε να υπάρχει κάποια μορφή ζωής εκεί.

Πώς σας έχει επηρεάσει η προοπτική του πλήρους παροπλισμού του Hubble;

Το Hubble ήταν σίγουρα ένα μεγάλο μέρος της επιστημονικής μου καριέρας. δεν τίθεται θέμα για αυτό. Κάθε αποστολή εξυπηρέτησης ήταν εξαιρετικά σασπένς και αγχωτική για μένα. Κάποτε είπα ότι είναι λίγο σαν όταν γεννιέται το παιδί σου ή κάτι τέτοιο. Δεν υπερέβαλα πάρα πολύ. Δηλαδή, υπερέβαλα λίγο, αλλά δεν υπερέβαλα πολύ.

Τώρα, πάντα ήξερα ότι το Hubble θα τελειώσει τη δουλειά μια μέρα. Στην πραγματικότητα, κανείς δεν περίμενε ότι το Hubble θα δούλευε 25 χρόνια ή περισσότερο. Παρεμπιπτόντως, το Hubble δεν τελείωσε—γιορτάζουμε 25 χρόνια τώρα, αλλά το Hubble κάνει φανταστική επιστήμη τώρα, και στην πραγματικότητα, διαθέτει ίσως το μεγαλύτερο συμπλήρωμα οργάνων που είχε ποτέ. Οπότε σίγουρα θα θέλαμε να συνεχίσει να λειτουργεί τουλάχιστον θα έλεγα μέχρι το 2020 ή περίπου, για να επιτρέψουμε να επικαλύπτεται, ίσως για μερικά χρόνια περίπου, με το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb. Αλλά πάντα ήξερα ότι θα τελειώσει σε ένα σημείο και είναι καλό να έχουμε ήδη έναν επιστημονικό διάδοχο για το Hubble, το οποίο είναι το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb.

Η ιδέα είναι πραγματικά ότι η επιστήμη συνεχίζεται και δεν μπορείς να προσκολληθείς σε ένα συγκεκριμένο πείραμα τόσο πολύ [τόσο] ώστε όταν αυτό το πείραμα μεταμορφωθεί σε κάτι ακόμα μεγαλύτερο και καλύτερο, θα εξακολουθείς να θρηνείς για την απώλεια του άλλου. Επομένως, νομίζω ότι η μετάβασή μου στον James Webb είναι σταδιακή και φυσική, και ανυπομονώ να το δω να ξεκινήσει.