Σε αυτό το φάκελο, που εμφανίστηκε στο ενημερωτικό του, ο Κέντρο Ερευνών του Κράτους (CNRS) εκφράζει τη γνώμη του για τις εργασίες αστροφυσικής και κοσμολογίας του Ζαν-Πιερ Πιέ.
8 Μαρτίου 2005
Μεγάλη Απόκρυψη
Μεγάλη Ενέργεια Σκοτάδιου
Η ΜΕΓΑΛΗ ΑΓΝΩΣΤΗ
Το 1998, η σεισμική εξέλιξη ξεκίνησε, λέει ο Πιερ Αστιέ, από το Εργαστήριο Πυρηνικής Φυσικής και Υψηλών Ενεργειών: η επέκταση του Σύμπαντος επιταχύνεται υπό την επίδραση μιας μυστηριώδους «σκοτεινής ενέργειας». Αυτή αποτελεί περίπου το 70% του σύμπαντος. Και δεν γνωρίζουμε τίποτα για τη σύνθεσή της. Μέχρι τότε, γνωρίζαμε, στο πλαίσιο της θεωρίας του Big Bang και με βάση τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, ότι το Σύμπαν διαστέλλεται με σταθερό ρυθμό λόγω μιας αρχικής «έκρηξης». Έτσι, το έργο των ερευνητών περιοριζόταν στο να καταμετρήσουν το περιεχόμενο του σύμπαντος, για να «το ζυγίσουν», και να διαπιστώσουν αν η επέκταση θα σταματήσει υπό την επίδραση της βαρύτητας. Αλλά πριν από επτά χρόνια, οι ιδέες αναταράχθηκαν. Δύο ανεξάρτητες ομάδες εμφανίστηκαν: το Πρόγραμμα Κοσμολογικών Υπερνοβών (Supernovae Cosmologic Project) και η ομάδα αναζήτησης υπερνοβών με υψηλό z (High z Supernova Search Team). Παρατήρησαν περίπου πενήντα εκρήξεις μακρινών αστέρων (μεταξύ 1 και 6 δισεκατομμυρίων ετών φωτός), οι οποίες αναγνωρίστηκαν ως υπερνόβες τύπου Ia, δηλαδή φυσικές πυρηνικές εκρήξεις. Αυτά τα σπάνια φαινόμενα ονομάζονται «πρότυπες φωτεινές πηγές», γιατί η απόλυτη φωτεινότητά τους είναι γνωστή, και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προσδιοριστεί η απόστασή τους με δύο διαφορετικές μεθόδους.
Ωστόσο, κατά τις παρατηρήσεις του 1998, οι πιο μακρινές υπερνόβες είχαν φωτεινότητα χαμηλότερη από αυτή που αναμενόταν σε ένα σύμπαν με επέκταση μόνο λόγω ύλης. Αυτό οδηγεί σε μια αναπόφευκτη συμπέρασμα: η φαινόμενη χαμηλή φωτεινότητα εξηγείται από τη μεγάλη απόσταση του αστέρα. Η γαλαξία του προσφέρει μεγαλύτερη απόσταση από ό,τι νομίζαμε. Άρα, το σύμπαν πρέπει να διαστέλλεται γρηγορότερα από ό,τι προβλεπόταν. Για να εξηγήσουμε το φαινόμενο, πρέπει να εφεύρουμε μια μυστηριώδη σκοτεινή ενέργεια που δίνει ένα ώθημα στη διαστολή. Θα επηρέαζε αυτή η ανακάλυψη τη θεωρία του Big Bang; «Καθόλου. Αντιθέτως, δημιουργεί νέο ενδιαφέρον και προσθέτει χρώμα», διαβεβαιώνει ο Πιερ Αστιέ.
Από το 1998, δύο επιβεβαιώσεις της επιτάχυνσης έχουν ενισχύσει την υπόθεση. Και «τα πιο πρόσφατα αποτελέσματα δείχνουν ότι αυτή η κατάσταση επικρατεί εδώ και περίπου τέσσερα έως πέντε δισεκατομμύρια χρόνια, δηλαδή 35% της ιστορίας του σύμπαντος», αναφέρει ο φυσικός, ο οποίος ανήκει στην ομάδα έρευνας που δημιουργήθηκε από τον Ρενάλ ντε Πέιν, το μοναδικό Γάλλο που συμμετείχε στην αμερικανική επιχείρηση του Προγράμματος Κοσμολογικών Υπερνοβών. Οι Γάλλοι ερευνητές χρησιμοποιούν τώρα πολλά τηλεσκόπια, μεταξύ των οποίων το Τηλεσκόπιο Καναδά-Γαλλίας-Χαβαϊ και το Ευρωπαϊκό Μεγάλο Τηλεσκόπιο (Very Large Telescope) στο Χιλή. Η αναζήτηση μακρινών υπερνοβών έχει γίνει κύριος στόχος για αυτά τα παρατηρητήρια. Στόχος; «Να ανακαλύψουμε εκατοντάδες», διεγείρεται ο Πιερ Αστιέ. Αυτό είναι απαραίτητο, αν θέλουμε να εκτιμήσουμε πώς έχει εξελιχθεί η επιτάχυνση της διαστολής στο παρελθόν. Κάποιοι φυσικοί βλέπουν σε αυτή την απωστική δύναμη το σημάδι εκείνου που ονομάζουν «ενέργεια του κενού».
Αυτή αντικατοπτρίζει την απίστευτη κβαντική δραστηριότητα του σύμπαντος σε μικρή κλίμακα. Εξήγηση: οι επιστήμονες βλέπουν το κενό – «αυτό που απομένει όταν αφαιρέσουμε όλα» – ως ένα περίεργο μέσο. Το απόλυτο κενό δεν υπάρχει. Συνεχώς εμφανίζονται σωματίδια και αντισωματίδια φανταστικά. Αυτά δημιουργούνται και διαλύονται αμέσως. Σε αυτά συνδέεται μια αναπόφευκτη ενέργεια που ονομάζεται «βασικό επίπεδο» ή, πιο απλά, «ενέργεια του κενού». Και σύμφωνα με μια πείραμα που πρότεινε το 1948 ο Ολλανδός Χέντρικ Κασίμιρ, η ενέργεια του κενού συμπεριφέρεται ως πίεση. Μια δύναμη απωστική. Από κει προέκυψε η ιδέα να την αναγνωρίσουμε ως τη σκοτεινή ενέργεια, η οποία φαίνεται να «σπάει» το σύμπαν.
Για άλλους, αν η σκοτεινή ενέργεια εξελίσσεται με το χρόνο, μπορεί να αντιστοιχεί σε έναν πληθώρα εξωτικών αντικειμένων που αποτελούν τη «κυρία ουσία» ή «πέμπτη ουσία», πλέον των τεσσάρων βασικών δυνάμεων (βλ. σελίδα 28). Όπως φαίνεται, ο καθορισμός του μέλλοντος όλου του σύμπαντος είναι σε κίνδυνο. Γίνεται επείγον να διευκρινιστούν οι ασάφειες. Με τα προγράμματα που τώρα υλοποιούνται, η γαλλική ομάδα σκοπεύει να ανακαλύψει 600 νέες υπερνόβες σε πέντε χρόνια. Από την άλλη, το διαστημικό τηλεσκόπιο Χάμπλε εντόπισε δεκαέξι υπερνόβες το 2003. Έστω να κερδίσει ο καλύτερος στην αναζήτηση της σκοτεινής ενέργειας!
Φρεντερίκ Γκιρέν
ΕΠΑΦΗ
Πιερ Αστιέ, astier@in2p3.fr
ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΥΛΗ: ΤΟ ΑΟΡΑΤΟ ΩΚΕΑΝΟ
Είναι μια αντιμαχόμενη παράδοση: η συνηθισμένη ύλη αποτελεί λιγότερο από το 5% του περιεχομένου του σύμπαντος, και περισσότερο από το 95% του συνολικού περιεχομένου λείπει. Αν η σκοτεινή ενέργεια αποτελεί το 70% του σύμπαντος, τότε τι αποτελεί το υπόλοιπο; Τα πράγματα ξεκίνησαν το 1933. Ο αστροφυσικός Αμερικανός Φριτς Τσουκί σκοπεύει στο σμήνος του Κόμα, στον αστερισμό της Βερενίκης, σε απόσταση 150 εκατομμυρίων ετών φωτός. Αυτός ο αντικείμενος αποτελείται από χιλιάδες γαλαξίες παρόμοιους με τη Γαλαξία μας. Και δείχνει ότι η ταχύτητα κίνησής τους στο σμήνος υποδηλώνει ότι εκεί υπάρχει εκατό φορές περισσότερη ύλη από ό,τι βλέπουμε. Με άλλα λόγια, το κομμάτι που εμφανίζεται πάνω από το νερό. Καθώς προχωράει, φαίνεται ότι οι φωτεινές αστέρες, οι νέφη αερίου και σκόνης που γεμίζουν τους γαλαξίες είναι μόνο συνηθισμένα υπολείμματα. Κινούνται στην επιφάνεια ενός τεράστιου, αόρατου και δυναμικού ωκεανού που τους ταλανίζει. Ομοίως, στις δεκαετίες του 1960-1970, η μελέτη της κίνησης των αστέρων στο κέντρο των γαλαξιών φαίνεται να αποδεικνύει ότι αυτοί περιέχουν πέντε έως δέκα φορές περισσότερη αόρατη ύλη από εκείνη που είναι ορατή. Για να διαφυλάξουμε τη φαινόμενη εικόνα, έπρεπε λοιπόν να «εφεύρουμε» μια ύλη, σκοτεινή ή σκοτεινή, διαφορετικής φύσης από εκείνη που γνωρίζουμε. Τα τελευταία δέκα χρόνια, παρατηρούν οι επιστήμονες μια εκπληκτική βελτίωση της ποιότητας και της ποσότητας των δεδομένων.
Αφενός, η παρατήρηση της περιστροφής των γαλαξιών επιβεβαίωσε την ύπαρξη ενός χαλκού σκοτεινής ύλης δέκα φορές πιο μαζικό από τους αστέρες. Αφετέρου, τα σμήνη περιέχουν ζεστό αέριο φτάνοντας σε εκατομμύρια βαθμών. Οι μετρήσεις σε ακτίνες Χ των δορυφόρων Chandra (NASA) και XMM (Ευρώπη) δείχνουν ότι εδώ υπάρχει εκατό φορές περισσότερη σκοτεινή ύλη από την ορατή. Τέλος, ένα άλλο εργαλείο έχει αποδείξει την αξία του πρόσφατα: οι βαρυτικές λενίδες, αυτά τα φυσικά μικροφαντάσματα που προβλέφθηκαν από τη σχετ