Έρευνες

Αστροφυσική 

Μαύρες τρύπες στο διάστημα

Φανταστική απεικόνιση μιας μαύρης τρύπας.

Μαύρη τρύπα είναι μια συγκέντρωση μάζας σημαντικά μεγάλης ώστε η δύναμη της βαρύτητας να μην επιτρέπει σε οτιδήποτε να ξεφεύγει από αυτή, παρά μόνο μέσω κβαντικής συμπεριφοράς. Το βαρυτικό πεδίο είναι τόσο δυνατό, ώστε η ταχύτητα διαφυγής κοντά του ξεπερνά την ταχύτητα του φωτός. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ότι τίποτα, ούτε καν το φως, δεν μπορεί να ξεφύγει από τη βαρύτητα της μαύρης τρύπας, εξ ου και η λέξη «μαύρη». Ο όρος μαύρη τρύπα (black hole) είναι ευρύτατα διαδεδομένος και επινοήθηκε το 1967 από τον Αμερικανό αστρονόμο και θεωρητικό φυσικό Τζον Χουίλερ (John Wheeler). Δεν αναφέρεται σε τρύπα με τη συνήθη έννοια (οπή), αλλά σε μια περιοχή του χώρου, από την οποία τίποτα δεν μπορεί να επιστρέψει.

Μία «μαύρη τρύπα» είναι το σημείο εκείνο του διαστήματος, όπου κάποτε υπήρχε ο πυρήνας ενός γιγάντιου άστρου, ένας πυρήνας που περιείχε περισσότερα υλικά από δυόμισι ηλιακές μάζες και ο οποίος στην τελική φάση της εξέλιξης του άστρου έχασε την πάλη του ενάντια στη βαρύτητα, με αποτέλεσμα τα υλικά του να καταρρεύσουν και να συμπιεστούν περισσότερο ακόμα και από τα υλικά ενός αστέρα νετρονίων.

Αν μπορούσαμε να συμπιέσουμε τη Γη μας ολόκληρη στο μέγεθος ενός κερασιού, θα την είχαμε μετατρέψει σε μία «μαύρη τρύπα». Παρομοίως, αν συμπυκνώναμε τον Ήλιο σε μια ακτίνα τριών χιλιομέτρων (στα 4 εκατομμυριοστά του τωρινού του μεγέθους), θα είχε μετατραπεί σε μαύρη τρύπα. Φυσικά, δεν υπάρχει καμία γνωστή διαδικασία που θα μπορούσε να μετατρέψει τη Γη ή ακόμα και τον Ήλιο, σε «μαύρη τρύπα».

Σχηματισμός

Οι μαύρες τρύπες προβλέπονται από την Γενική θεωρία της Σχετικότητας, η οποία όχι μόνο αναφέρει ότι οι μαύρες τρύπες (ή αλλιώς μελανές οπές) μπορούν να υπάρξουν, αλλά προβλέπει ότι σχηματίζονται στη φύση οποτεδήποτε συγκεντρώνεται σε ένα δεδομένο χώρο επαρκής ποσότητα μάζας, μέσω της διαδικασίας που καλείται βαρυτική κατάρρευση. Όσο η μάζα μέσα σε μία συγκεκριμένη περιοχή μεγαλώνει, η δύναμη της βαρύτητας γίνεται πιο ισχυρή – ή στη γλώσσα της σχετικότητας, ο χώρος γύρω της παραμορφώνεται όλο και εντονότερα. Όταν η ταχύτητα διαφυγής σε μια συγκεκριμένη απόσταση από το κέντρο φθάσει την ταχύτητα του φωτός, σχηματίζεται ένας ορίζοντας γεγονότων μέσα στον οποίο ύλη και ενέργεια αναπόφευκτα καταρρέουν σε ένα μοναδικό σημείο, σχηματίζοντας μία μοναδικότητα.

Μια ποσοτική ανάλυση αυτής της ιδέας οδήγησε στην πρόβλεψη ότι ένας αστέρας που έχει τουλάχιστον 3 φορές την μάζα του ήλιου στο τέλος της εξέλιξής του, σχεδόν σίγουρα θα συρρικνωθεί μέχρι το κρίσιμο εκείνο μέγεθος που χρειάζεται για να υποστεί βαρυτική κατάρρευση. Μόλις αρχίσει η κατάρρευση, δεν φαίνεται να μπορεί να διακοπεί από καμία φυσική δύναμη και σχηματίζεται αστέρας νετρονίων. Αν η μάζα του είναι ακόμα πιο μεγάλη, τελικά σχηματίζεται μαύρη τρύπα.

Ιδιότητες και δομή

Σύμφωνα με την κλασική γενική σχετικότητα, ούτε ύλη ούτε πληροφορίες μπορούν να κινηθούν από το εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας προς έναν εξωτερικό παρατηρητή. Για παράδειγμα, δεν μπορεί κάποιος να πάρει δείγμα του υλικού της ή να δεχτεί την ανάκλαση από μια φωτεινή πηγή (π.χ. φακό) ούτε να πάρει πληροφορίες για το υλικό από το οποίο αποτελείται η μαύρη τρύπα. Κβαντομηχανικά φαινόμενα μπορούν να επιτρέψουν σε ύλη και ενέργεια να δραπετεύσουν από μαύρες τρύπες. Εικάζεται, όμως, ότι η φύση τους δεν εξαρτάται από αυτά που έχουν εισέλθει στη μαύρη τρύπα κατά το παρελθόν. Αυτό σημαίνει ότι στις μαύρες τρύπες έχουμε απώλεια πληροφορίας σε σχέση με το είδος των σωματιδίων (τα μόνα χαρακτηριστικά που «διατηρεί στη μνήμη» η μαύρη τρύπα είναι η μάζα και το φορτίο της απορροφημένης ύλης). Επομένως, μια μαύρη τρύπα πρέπει να χαρακτηρίζεται από μια ορισμένη εντροπία.

Ορίζοντας των γεγονότων

Το καθοριστικό χαρακτηριστικό μιας μαύρης τρύπας είναι η εμφάνιση ενός ορίζοντα γεγονότων σε ένα όριο στο χωροχρόνο μέσα από το οποίο η ύλη και το φως μπορεί να περάσει μόνο προς τα μέσα για τη μάζα της μαύρης τρύπας. Τίποτα, ούτε καν το φως, δεν μπορεί να δραπετεύσει από το εσωτερικό του ορίζοντα γεγονότων. Ο ορίζοντας των γεγονότων αναφέρεται ως τέτοιος, διότι αν κάτι συμβεί εντός των ορίων του, οι πληροφορίες από αυτό το γεγονός δεν μπορούν να φτάσουν σε ένα εξωτερικό παρατηρητή, καθιστώντας αδύνατο να προσδιοριστεί αν κάτι τέτοιο συνέβη.[1]

Όπως προβλέπεται από τη Γενική θεωρία της Σχετικότητας, η παρουσία μιας μεγάλης μάζας παραμορφώνει τον χωροχρόνο κατά τέτοιο τρόπο ώστε τα μονοπάτια που λαμβάνονται από τα σωματίδια στρέφονται προς τη μάζα. Κατά τον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας, η παραμόρφωση γίνεται τόσο ισχυρή που δεν υπάρχουν μονοπάτια που να οδηγούν μακριά από τη μαύρη τρύπα.[2]

Για μια μη περιστρεφόμενη (στατική) μαύρη τρύπα, η ακτίνα Schwarzschild οριοθετεί ένα σφαιρικό ορίζοντα γεγονότων. Η ακτίνα Schwarzschild ενός αντικειμένου είναι ανάλογη προς τη μάζα.[3] Οι περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες διαθέτουν στρεβλωμένους, μη σφαιρικούς ορίζοντες γεγονότων. Δεδομένου ότι ο ορίζοντας γεγονότων δεν είναι μια επιφάνεια του υλικού, αλλά απλώς μια μαθηματική έννοια οριοθέτησης συνόρου, τίποτα δεν εμποδίζει την ύλη ή την ακτινοβολία από το να εισέρχεται σε μια μαύρη τρύπα, μόνο την έξοδό της. Η περιγραφή των μαύρων τρυπών που δίνεται από τη Γενική θεωρία της Σχετικότητας είναι γνωστό ότι είναι μια προσέγγιση, και μερικοί επιστήμονες αναμένουν ότι οι επιπτώσεις της κβαντικής βαρύτητας θα είναι σημαντική κοντά στην περιοχή του ορίζοντα γεγονότων.[4] Αυτό θα επιτρέψει τις παρατηρήσεις της ύλης κοντά του ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας να χρησιμοποιούνται για την έμμεση μελέτη της γενικής σχετικότητας και τις προτεινόμενες επεκτάσεις σε αυτή.

Παρατήρηση

Προσομοίωση η οποία δείχνει πώς θα φαινόταν ένας γαλαξίας (κίτρινη λοξή γραμμή) ο οποίος θα περνούσε πίσω από μια μαύρη τρύπα (κυκλική μαύρη περιοχή).

Παρατηρήσεις των λεγόμενων δακτυλίων του Αϊνστάιν.

Θεωρητικά κανένα αντικείμενο πέρα από τον ορίζοντα γεγονότων δεν θα μπορούσε να έχει αρκετή ταχύτητα να διαφύγει από μια μαύρη τρύπα, συμπεριλαμβανομένου και του φωτός. Εξαιτίας αυτού, οι μαύρες τρύπες δεν μπορούν να εκπέμψουν κανενός είδους φως ή άλλο στοιχείο που θα μπορούσε να επιβεβαιώσει την ύπαρξή τους. Παρ' όλα αυτά οι μαύρες τρύπες μπορούν να ανιχνευτούν με την μελέτη φαινομένων γύρω τους, όπως για παράδειγμα η βαρυτική διάθλαση και τα αστέρια που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από χώρο που δεν φαίνεται να υπάρχει εμφανής ύλη.

Τα πιο εμφανή αποτελέσματα πιστεύεται ότι προέρχονται από ύλη που πέφτει μέσα σε μια μαύρη τρύπα, η οποία προβλέπεται ότι συγκεντρώνεται σε ένα εξαιρετικά θερμό και γρήγορα περιστρεφόμενο δίσκο γύρω από τη μαύρη τρύπα, πριν εισέλθει σε αυτή. O δίσκος αυτός είναι γνωστός ως δίσκος προσαύξησης. Η τριβή ανάμεσα σε γειτονικές ζώνες αυτού του δίσκου τον θερμαίνουν τόσο, ώστε να ακτινοβολεί μεγάλη ποσότητα ακτίνων Χ. Η θέρμανση είναι εξαιρετικά αποτελεσματική και μπορεί να μετατρέψει ακόμα και το 50% της ενέργειας ενός αντικειμένου σε ακτινοβολία.

Η ύπαρξη μαύρων τρυπών στο σύμπαν υποστηρίζεται και από τις αστρονομικές παρατηρήσεις, ειδικά από τη μελέτη των σουπερνόβα και των ακτίνων Χ που εκπέμπουν ενεργοί γαλαξίες.

 


_____________________________________
 
Τα άστρα και η εξέλιξη τους

Το νεφέλωμα Λιμνοθάλασσας αποτελεί μία τεράστια περιοχή δημιουργίας άστρων στον Γαλαξια μας.

Στην Αστρονομία γενικά αστέρας (star) ή απλανής (σε αντιδιαστολή με τον πλανήτη), ονομάζεται το κάθε ουράνιο σώμα που διατηρεί όλες εκείνες τις ιδιότητες του δικού μας Ηλίου πέριξ του οποίου περιστρέφεται η Γη. Συνεπώς όλοι οι αστέρες είναι Ήλιοι εκ των οποίων και παρατηρείται κατάστικτος ο ουράνιος θόλος.

Κατά την Αστροφυσική ο κάθε αστέρας είναι ένα λαμπερό αέριο ουράνιο σώμα που παράγει ενέργεια από πυρηνικές αντιδράσεις σύντηξης που συμβαίνουν στον πυρήνα του. Όταν η μάζα του σώματός του είναι μικρότερη από 0.08 φορές της μάζας του ήλιου οι πιέσεις και οι θερμοκρασίες που αναπτύσσονται στο κέντρο του, δεν επαρκούν προκειμένου να αρχίσουν οι πυρηνικές συντήξεις. Επομένως η μάζα όλων των αστέρων είναι μεγαλύτερη από την ανωτέρω ποσότητα.

Οι αστέρες γεννιούνται σε νεφελώματα, όταν μία περιοχή καταρρεύσει από το βάρος της. Όταν είναι αρκετά πυκνό, αρχίζουν οι πυρηνικές αντιδράσεις, καθώς το υδρογόνο μετατρέπεται σε ήλιο μέσω της πυρηνική σύντηξη. Όσο το άστρο κάνει αυτή τη διαδικασία, βρίσκεται στην κύρια ακολουθία. Η εσωτερική πίεση αποτρέπει το άστρο από την κατάρρευση. Όταν τελειώσει αυτή η φάση, αστέρες με μάζα τουλάχιστον 0,4 φορές όσο η ηλιακή μετατρέπονται σε ερυθρούς γίγαντες και συντήκουν βαρύτερα στοιχεία. Στη συνέχεια αστέρες σαν τον ήλιο απομακρύνουν την ατμόσφαιρά τους και μετατρέπονται σε λευκούς νάνους. Αστέρια δέκα ή περισσότερες φορές από τον ήλιο συντήκουν όλο και βαρύτερα στοιχεία, μέχρι σχηματιστεί σίδηρος. Τότε εκρήγνυνται ως υπερκαινοφανείς αστέρες και το αντικείμενο που μένει είναι απίστευτα συμπυκνωμένο. Αυτά τα αντικείμενα είναι οι αστέρες νετρονίων και οι μαύρες τρύπες.

Παρατηρώντας κυρίως τη νύκτα, στον Ουράνιο θόλο, τους αστέρες διαπιστώνεται ότι αυτοί δεν κατανέμονται ομοιόμορφα σ΄ αυτόν, ενώ παρουσιάζουν κάποια ευδιάκριτα συμπλέγματα τα οποία και ονομάζονται αστερισμοί. Οι αστέρες βρίσκονται καταχωρημένοι σε καταλόγους. Από τη παρατήρηση των αστέρων αυτοί διακρίνονται σε τρεις κατηγορίες:

Αειφανείς αστέρες, που παρατηρούνται όλο το 24ωρο, πάνω από τον ορίζοντα.

Αφανείς αστέρες, που παραμένουν όλο το 24ωρο υπό τον ορίζοντα και η παρατήρησή τους δεν είναι εφικτή.

Αμφιφανείς αστέρες, που άλλοτε παρατηρούνται υπέρ τον ορίζοντα και άλλοτε όχι.

Η διάκριση αυτή είναι πολύ σημαντική για την Αστρονομική ναυτιλία.

Ονομασία αστέρων

Από τους αστέρες μόνο οι 30 λαμπρότεροι φέρουν ο καθένας ιδιαίτερο όνομα, συνήθως ελληνικής προέλευσης όπως ο Αρκτούρος ή αραβικής όπως ο Αλτάιρ (= αετός ιπτάμενος).

Τόσο όμως αυτοί οι 30 αστέρες, όσο και όλοι οι άλλοι οι ορατοί χωρίς τηλεσκόπιο, σε κάθε αστερισμό, έχουν καθορισθεί διεθνώς (ο καθένας) με ένα γράμμα (μικρό) του ελληνικού αλφαβήτου. Το γράμμα α έχει συνήθως ο λαμπρότερος αστέρας του αστερισμού, το β ο αμέσως αμυδρότερος κ.ο.κ. Έτσι λοιπόν ο Βέγας, ο λαμπρότερος αστέρας του βορείου ουράνιου ημισφαιρίου, στον αστερισμό της Λύρας, λέγεται και α Lyr (ή α της Λύρας).

Εάν κάποιος αστερισμός έχει περισσότερους από 24 αστέρες (αρκετά σύνηθες) τότε αμέσως μετά τον ω (του ελληνικού αλφαβήτου) χρησιμοποιούνται τα γράμματα του λατινικού αλφαβήτου. Μετά το τέλος του λατινικού αλφαβήτου χρησιμοποιούνται οι αραβικοί αριθμοί.

Προκειμένου δε περί των υπολοίπων αστέρων που είναι ορατοί μόνο με τηλεσκόπια, αντί ονόματος χρησιμοποιείται ο αριθμός με τον οποίο και έχουν καταχωρηθεί στους αστρικούς καταλόγους.

Κύρια ακολουθία

Οι αστέρες δαπανούν περίπου το 90% της διάρκειας της ζωής στη σύντηξη υδρογόνου που μετατρέπεται σε ήλιο σε υψηλή θερμοκρασία και υψηλή πίεση κοντά στον πυρήνα. Τέτοια αστέρια λέγεται ότι είναι στην κύρια ακολουθία και ονομάζονται αστέρια νάνοι. Ξεκινώντας από την μηδέν-ηλικία στην κύρια ακολουθία, η αναλογία του ηλίου στον πυρήνα ενός αστέρα θα αυξάνεται σταθερά. Κατά συνέπεια, προκειμένου να διατηρηθεί το απαιτούμενο ρυθμό πυρηνικής σύντηξης στον πυρήνα, το αστέρι θα αυξήσει αργά τη θερμοκρασία και τη φωτεινότητά του.  Στον Ήλιο, για παράδειγμα, εκτιμάται ότι έχει αυξηθεί σε φωτεινότητα κατά 40%, δεδομένου ότι έφτασε την κύρια ακολουθία από 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια.

Μετά την κύρια ακολουθία

Καθώς αστέρια με μάζα τουλάχιστον 0,4 ηλιακές μάζες εξατλούν το υδρογόνο στον πυρήνα τους, τα εξωτερικά στρώματά τους επεκτείνονται σε μεγάλο βαθμό και γίνονται πιο δροσερά για να σχηματίσουν ένα κόκκινο γίγαντα. Για παράδειγμα, σε περίπου 5 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν ο Ήλιος θα είναι ένας ερυθρός γίγαντας, θα αναπτυχθεί σε μέγιστη ακτίνα περίπου 1 αστρονομική μονάδα (150 εκατομμύρια χιλιόμετρα), 250 φορές το σημερινό του μέγεθός του. Ως γίγαντας, ο Ήλιος θα χάσει περίπου το 30% της τρέχουσας μάζας του.

Σε ένα ερυθρό γίγαντα με μάζα μέχρι 2,25 ηλιακές μάζες, η σύντηξη υδρογόνου προχωρά σε ένα κέλυφος-στρώμα που περιβάλλει τον πυρήνα.  Τελικά, ο πυρήνας συμπιέζεται αρκετά για να ξεκινήσει σύντηξη ηλίου, και το αστέρι τώρα σταδιακά συρρικνώνεται σε ακτίνα και αυξάνει τη θερμοκρασία της επιφάνειάς του. Για τα μεγαλύτερα αστέρια, η περιοχή πυρήνα μεταβαίνει απευθείας από τη σύντηξη υδρογόνο στη σύντηξη ηλίου.

Αφού το άστρο έχει καταναλώσει το ήλιο στον πυρήνα, η σύντηξη συνεχίζεται σε ένα κέλυφος γύρω από ένα καυτό πυρήνα άνθρακα και οξυγόνου. Το αστέρι στη συνέχεια ακολουθεί μια εξελικτική πορεία που είναι παράλληλη με την αρχική φάση του ερυθρού γίγαντα, αλλά σε υψηλότερη θερμοκρασία της επιφάνειας.

Κατάρρευση

Ένα εξελιγμένο, μέσου μεγέθους αστέρι θα απομακρύνει πλέον τα εξωτερικά στρώματά του ως ένα πλανητικό νεφέλωμα. Αν αυτό που μένει μετά την απομάκρυνση της εξωτερικής ατμόσφαιρας έχει μάζα λιγότερη από 1,4 ηλιακές μάζες, συρρικνώνεται σε ένα σχετικά μικρό αντικείμενο (περίπου το μέγεθος της Γης) που δεν είναι αρκετά ογκώδες για να λάβει χώρα περαιτέρω συμπίεση. Αυτό το αντικείμενο είναι γνωστό ως λευκός νάνος.  Η ύλη εκφυλισμένων ηλεκτρονίων μέσα σε ένα λευκό νάνο δεν είναι πλέον πλάσμα, ακόμα κι αν αστέρια γενικά αναφέρονται ως σφαίρες πλάσματος. Οι λευκοί νάνοι τελικά θα εξασθενίσουν σε μαύρους νάνους σε ένα πολύ μεγάλο χρονικό διαστήμα.

Τα σχετικά μεγέθη των πλανητών του ηλιακού συστήματος και αρκετών γνωστών αστέρων.

1. Ερμής  Άρης  Αφροδίτη  Γη
2. Γη  Ποσειδώνας  Ουρανός  Κρόνος  Δίας
3. Δίας  Wolf 359  Ήλιος  Σείριος
4. Σείριος  Πολυδεύκης  Αρκτούρος  Αλντεμπαράν
5. Αλντεμπαράν  Ρίγκελ  Αντάρης  Μπετελγκέζ
6.       Μπετελγκέζ , Εράκης,  VV Κηφέως,  VY Μεγάλου Κυνός.

__________________________________________________ Η Μεγάλη Έκρηξη

Αν και κανείς δεν ήταν παρών, για να παρακολουθήσει τη δημιουργία του Σύμπαντος, αν και οι συνθήκες της θερμοκρασίας αλλά και της πίεσης που επικρατούσαν τότε είναι αδύνατο να αναπαραχθούν στα εργαστήριά μας, οι θεωρητικές μελέτες έχουν επιτρέψει στους αστρονόμους και τους πυρηνικούς φυσικούς να προτείνουν μία αλληλουχία γεγονότων. Κανείς φυσικά δεν μπορεί να ξέρει τι υπήρχε πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη. Ο χρόνος και ο χώρος δεν είχαν οντότητα. Υπήρχε μόνο ο κοσμικός πυρήνας, ο αρχικός εκείνος σπόρος των απεριόριστων διαστάσεων, που περιέκλειε μέσα του το σπέρμα μιας ολόκληρης οικουμένης. Ο χρόνος και ο χώρος, όλα άρχισαν με τη "Μεγάλη Έκρηξη". Έτσι, δεν έχει κανένα νόημα να μιλάει κάποιος για γεγονότα που συνέβησαν πριν από την Ώρα Μηδέν, γιατί πριν από αυτή τη στιγμή δεν υπάρχει ροή του χρόνου. Θα ήταν σαν να ρωτούσαμε τι υπάρχει βόρεια από το Βόρειο Πόλο. Η Ώρα Μηδέν είναι η στιγμή της εκκίνησης, από την οποία προέρχονται τα πάντα. Στη θύελλα της δημιουργίας υποατομικά σωματίδια, μιόνια, πιόνια, μεσόνια, αλληλοσυγκρούονται και εκτινάσσονται. Η ύλη εκμηδενίζει την αντιύλη, η αντιύλη καταστρέφει την ύλη, εκλύοντας τεράστια ποσά ενέργειας. Φωτόνια ενέργειας μετατρέπονται σε ύλη, ύλη σε ενέργεια, ενέργεια σε ύλη. Ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου μετά την Ώρα Μηδέν, η θερμοκρασία του Σύμπαντος έχει πέσει στους 100 δισεκατομμύρια βαθμούς Κελσίου και τα κουάρκ αρχίζουν να παγώνουν, ενωμένα μεταξύ τους σε ομάδες δύο ή τριών. Αυτή είναι η στιγμή της δημιουργίας όλων των πρωτονίων και ουδετερονίων που υφίστανται σήμερα. Κάθε σωμάτιο της ύλης που βλέπουμε γύρω μας προέρχεται από εκείνο το πρώτο χιλιοστό του δευτερολέπτου. Ένα δευτερόλεπτο μετά την Ώρα Μηδέν, το Σύμπαν αποτελείται από έναν ωκεανό ατομικών σωματιδίων, κατάσταση που συνεχίζεται για τρία ακόμη λεπτά. Αμέσως μετά, και καθώς η θερμοκρασία του Σύμπαντος έχει πέσει στο ένα δισεκατομμύριο βαθμούς Κελσίου, τα πρωτόνια και τα νετρόνια αρχίζουν να ενώνονται μεταξύ τους, σχηματίζοντας τους πυρήνες του υδρογόνου, αλλά η θερμοκρασία είναι ακόμη πολύ υψηλή για τη δημιουργία ατόμων. Στη διάρκεια των πρώτων 15 λεπτών της δημιουργίας το Σύμπαν μεγάλωσε κατά 30 φορές, ενώ την ίδια χρονική περίοδο δημιουργήθηκε όλο το υδρογόνο που υπάρχει σήμερα σε αυτό, καθώς και όλο το πρωταρχικό ήλιο. Έκτοτε, οποιαδήποτε πυρηνοσύνθεση (δημιουργία δηλαδή χημικών στοιχείων), γίνεται μόνο στο εσωτερικό των άστρων και στις εκρήξεις των σουπερνόβα. Σε είκοσι λεπτά η ενέργεια εξακολουθούσε να υπερισχύει της ύλης στο ταχύτατα διαστελλόμενο Σύμπαν. Και όταν η θερμοκρασία ελαττώθηκε στους 3.000 βαθμούς Κελσίου, τα πρωτόνια μπόρεσαν να συλλάβουν ηλεκτρόνια, σχηματίζοντας έτσι τα άτομα του υδρογόνου. Τώρα επιτέλους η ύλη επικρατεί στο νέο Σύμπαν,σχηματίζοντας μάζες αερίων που ονομάστηκαν "φωτογαλαξίες". Τελικά, μέσα σ` αυτούς τους φωτογαλαξίες τα νέφη υδρογόνου συνεχίζουν τη σύμπτυξή τους, έως ότου δισεκατομμύρια άστρα λαμπυρίζουν σε δισεκατομμύρια γαλαξίες. Και έτσι σε δύο δισεκατομμύρια χρόνια, οι γαλαξίες συνδέονται σε σμήνη που ακόμη και σήμερα φαίνονται να είναι προσκολλημένα στο εξωτερικό της επιφάνειας κοσμικών "φυσαλίδων", απολειφάδια μιας εποχής, όταν το Σύμπαν ήταν ακόμη "μωρό". Αν ανατρέξουμε λοιπόν με μία συνοπτική ματιά στα πρώτα στάδια της εξέλιξης του Σύμπαντος, θα διαπιστώσουμε σχεδόν άμεσα ότι ο σημαντικότερος παράγοντας στην εξέλιξή του αυτή είναι το γεγονός ότι η θερμοκρασία του συνεχώς ελαττωνόταν, καθώς το Σύμπαν διαρκώς διεστέλλετο. Η ψύξη του Σύμπαντος στα πρώτα εκείνα στάδια της γένεσης μπορεί να αποδοθεί περιληπτικά ως εξής: μία στιγμή μετά τη "Μεγάλη Έκρηξη" όλη η ύλη και η ενέργεια του Σύμπαντος βρισκόταν σε μία θερμοκρασία 100 δισεκατομμυρίων βαθμών Κελσίου. Ένα δευτερόλεπτο μετά την "έκρηξη" η θερμοκρασία είχε πέσει στους δέκα δισεκατομμύρια βαθμούς. Γύρω στα δύο λεπτά είχε πέσει στο ένα δισεκατομμύριο βαθμούς, ενώ 300.000 χρόνια αργότερα η θερμοκρασία του νεαρού ακόμη Σύμπαντος δεν υπερέβαινε τους 3.000 βαθμούς Κελσίου που είναι δύο δεκάδες περίπου φορές μεγαλύτερη από τη θερμοκρασία που χρειάζεται ο ηλεκτρικός σας φούρνος, για να ψήσει τα παϊδάκια ενός αρνιού. Αφού λοιπόν η ύλη συμπεριφέρεται διαφορετικά σε διαφορετικές θερμοκρασίες, δεν είναι λοιπόν καθόλου παράξενο που το Σύμπαν είχε διαφορετική μορφή στα διαφορετικά στάδια της εξέλιξής του. Στη διάρκεια των πρώτων δέκα περίπου λεπτών της δημιουργίας, το Σύμπαν μεγάλωσε εκθετικά, ενώ την ίδια χρονική περίοδο δημιουργήθηκαν οι πυρήνες όλου του υδρογόνου που υπάρχει σήμερα σε αυτό, καθώς και οι πυρήνες όλου του πρωταρχικού ηλίου. Η κατάσταση της ύλης στο νεoγέννητο Σύμπαν είχε παρόμοια μορφή με την κατάσταση που επικρατεί και σήμερα ακόμη στην καρδιά των άστρων και ονομάζεται πλάσμα. Το πλάσμα δηλαδή είναι μία τέταρτη κατάσταση της ύλης, διαφορετική από τις άλλες τρεις των αερίων, των υγρών και των στερεών. Στην αρχή λοιπόν της Εποχής των Φωτονίων η ακτινοβολία που υπήρχε στο Σύμπαν αποτελείτο κυρίως από φωτόνια υψηλής ενέργειας με τη μορφή ακτίνων γάμα. Η ακτινοβολία αυτή δημιουργείται ακόμη και σήμερα στην καρδιά των άστρων, αλλά χρειάζεται χιλιάδες χρόνια, για να φτάσει μέχρι την επιφάνειά τους. Έτσι, η ακτινοβολία γάμα που παράγεται στην καρδιά του Ήλιου μας, για παράδειγμα, μέχρι να φτάσει στην επιφάνειά του, συγκρούεται συνεχώς με τα σωματίδια που υπάρχουν στο εσωτερικό του, με αποτέλεσμα σιγά-σιγά να χάσει ένα μεγάλο τμήμα της ενέργειας που έχει και έτσι ύστερα από χιλιάδες χρόνια φτάνει στην επιφάνεια με τη μορφή ορατής ακτινοβολίας. Διαφορετικά δεν θα μπορούσαμε να δούμε καν τον Ήλιο.     Συνοπτικός πίνακας τι έγινε μετά τη μεγάλη έκκρηξη

Χρόνος	Θερμοκρασία	Ύλη
Ένα εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου μετά	10 τρισεκατομμύρια βαθμοί Κελσίου	Τα σωματίδια κουάρκς αρχίζουν να ενώνονται και να παράγουν ύλη και αντιύλη
Ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου μετά	100 δισεκατομμύρια βαθμοί Κελσίου	Αρχίζουν να δημιουργούνται πρωτόνια και νετρόνια
14 δευτερόλεπτα μετά	3 δισεκατομμύρια βαθμοί Κελσίου	Η ύλη υπερισχύει της αντιύλης
3 λεπτά μετά	1 δισεκατομμύρια βαθμοί Κελσίου	Σχηματίζονται πυρήνες υδρογόνου και ηλίου
700000 χρόνια μετά	3000 βαθμοί Κελσίου	Δημιουργούνται άτομα υδρογόνου και άλλων χημικών στοιχείων

 

_______________________________________________

Η Μεγάλη έκρηξη

.

Στην επιστήμη της κοσμολογίας, Μεγάλη έκρηξη (Big Bang, Μπιγκ Μπανγκ) ονομάζεται η θεωρία σύμφωνα με την οποία το σύμπαν δημιουργήθηκε από μια υπερβολικά πυκνή και θερμή κατάσταση, πριν από περίπου 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια. Η θεωρία αυτή για τη δημιουργία του σύμπαντος είναι η πιο διαδεδομένη αυτή τη στιγμή στην επιστημονική κοινότητα. Ο όρος Big Bang χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Φρεντ Χόυλ (Fred Hoyle) σε μια ραδιοφωνική εκπομπή του BBC, το κείμενο της οποίας δημοσιεύτηκε το 1950. Ο Χόυλ δεν χρησιμοποίησε τον όρο για να περιγράψει μία θεωρία, αλλά για να ειρωνευτεί τη νέα ιδέα. Παρόλα αυτά ο όρος επικράτησε αποβάλλοντας το ειρωνικό του περιεχόμενο.

Θεωρία 

Εισηγητής της θεωρίας υπήρξε ο Βέλγος Αββάς και αστρονόμος Ζορζ Λεμαίτρ. Ύστερα από τις διαπιστώσεις ότι:

Οι λύσεις της Θεωρίας της σχετικότητας προέβλεπαν ως αρχή του Σύμπαντος μια μαθηματική ανωμαλία.

Εφόσον η εντροπία (το μέτρο της αταξίας) του σύμπαντος ολοένα και αυξάνει θα υπήρχε στιγμή στο παρελθόν με ελάχιστη εντροπία όπου η ύλη θα είχε την μέγιστη δυνατή πυκνότητα.

Με βάση αυτές τις δύο παρατηρήσεις πρότεινε ως αρχή του σύμπαντος το αρχικό άτομο, όπου ολόκληρη η μάζα του Σύμπαντος είναι συγκεντρωμένη σε ένα και μοναδικό σημείο και ο χωρόχρονος δεν έχει ακόμα δημιουργηθεί. Το αρχικό άτομο εν καιρώ εξερράγη και από την ύλη που εκτοξεύτηκε δημιουργήθηκαν οι γαλαξίες και τα αστέρια.

Το 1948 ο Τζορτζ Γκάμοφ (George Gamov), Ρωσοαμερικανός φυσικός, μελετώντας θεωρητικά την υπερβολικά πυκνή κατάσταση του αρχικού ατόμου συμπέρανε ότι:

Το Ήλιο και τα άλλα ελαφρά χημικά στοιχεία πρέπει να δημιουργήθηκαν εντός τεσσάρων δευτερολέπτων

Μια διάχυτη ισότροπη ακτινοβολία, απομεινάρι της μεγάλης έκρηξης, θα πρέπει να είναι ακόμα και σήμερα ανιχνεύσιμη.

Αναπάντητα Ερωτήματα 

Η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, παρά τις πειραματικές της επιβεβαιώσεις αφήνει και κάποια φυσικά και φιλοσοφικά ερωτήματα αναπάντητα,τα βασικότερα των οποίων είναι:

Προβλέπει ένα μικρότερο σύμπαν από αυτό που υπάρχει σήμερα. (Απαιτείται σύνδεσμος)

Δεν εξηγεί την Κοσμολογική Αρχή, αλλά την δέχεται αξιωματικά, πράγμα ασυμβίβαστο με την μαθηματική ανάλυση.

Τι υπήρχε πριν; Πως από το τίποτα προήλθαν τα πάντα;

Γιατί δημιουργήθηκαν οι συγκεκριμένοι φυσικοί νόμοι και όχι κάποιο άλλοι; Γιατί για παράδειγμα ο χωροχρόνος είναι τετραδιάστατος;

Απάντηση σε αυτά τα ερωτήματα προσπάθησαν να δώσουν κάποιες άλλες θεωρίες.

Η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης έχει και πολλούς πολέμιους εκτός από υποστηρικτές που στηρίζουν διαφορετικές κοσμολογικές θεωρίες, όπως η Κοσμολογία της Συνεχούς Δημιουργίας και η Θεωρία Λίντε.

Κοσμολογία της Συνεχούς Δημιουργίας

 

Κοσμολογική θεωρία που υποστηρίζει ότι στο Σύμπαν γεννιέται συνεχώς ύλη από το μηδέν. Είναι γνωστή και ως θεωρία Σταθερής Κατάστασης. Εισηγητές της θεωρίας ήταν το 1948 οι Φρεντ Χόυλ, Χέρμαν Μπόντι και Τόμας Γκολντ, όταν σε ξεχωριστές εργασίες τους υποστήριξαν ότι εκτός της Κοσμολογικής Αρχής πρέπει το Σύμπαν να είναι και σταθερής πυκνότητας. Αυτό ονομάστηκε τέλεια Κοσμολογική Αρχή. Δεδομένης όμως της πειραματικά διαπιστωμένης διαστολής του Σύμπαντος για να παραμείνει σταθερή η πυκνότητά του θα έπρεπε να δημιουργείται ύλη από το μηδέν.

Η θεωρία προχώρησε με την διατύπωση του Σερ Φρέντ Χόυλ που υποστήριξε ότι η δημιουργία από την ανυπαρξία ενός ατόμου υδρογόνου ανά κυβική παλάμη κάθε 1,000,000,000 έτη είναι δυνατή και ικανή να κρατήσει την Πυκνότητα του Σύμπαντος σταθερή. Αξίζει να σημειωθεί ότι, μολονότι δημιουργείται νέα ύλη από το μηδέν, το μοντέλο κατορθώνει να διατηρήσει την συνολική ποσότητα ενέργειας στο Σύμπαν σταθερή, με την ενέργεια αδρανείας της δημιουργούμενης ύλης να παρέχεται από την βαρυτική ενέργεια διαστολής του σύμπαντος. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί διότι η βαρυτική δυναμική ενέργεια έχει αρνητικό πρόσημο και εξισορροπεί έτσι την θετική ενέργεια που περικλείεται στην δημιουργούμενη ύλη. Το μοντέλο κατορθώνει έτσι να είναι συμβατό με τις θεμελιώδεις αρχές διατήρησης της Φυσικής.

Θεωρία Λίντε 

Τα αναπάντητα ερωτήματα της θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης προσπάθησαν να απαντήσουν δύο επιστήμονες: Ο Αμερικανός αστροφυσικός, καθηγητής του ΜΙΤ Άλαν Γκουθ προσπάθησε να δώσει μια απάντηση στο πρώτο ερώτημα προσθέτοντας στην θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης την ιδέα ότι στην αρχή της δημιουργίας του Σύμπαντος η διαστολή γινόταν με ταχύτητα μεγαλύτερη από του φωτός.

Ο Ρώσος φυσικός Αντρέι Λίντε διατύπωσε τη θεωρία ότι θα μπορούσαμε να έχουμε διαστολή του Σύμπαντος χωρίς την προϋπόθεση της κοινής αρχής από σημείο μεγάλης πυκνότητας και θερμοκρασίας. Εξέφρασε την ιδέα ενός αυτοαναπαραγόμενου και διαστελλόμενου Σύμπαντος το οποίο αναπτύσσεται σαν φράκταλ. Σχηματικά παρουσίασε το Σύμπαν σαν φυσαλίδα της οποίας η οποιαδήποτε διαταραχή δημιουργεί νέα συμπαντική φυσαλίδα. Οι φυσαλίδες περιορίζονται αρχικά και ύστερα επεκτείνονται με ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Άρα στο μοντέλο αυτό το Σύμπαν μας δεν είναι παρά μια φυσαλίδα σε ένα Υπερσύμπαν φυσαλίδων. Αυτή η θεωρία είναι γνωστή ως Θεωρία Λίντε.