Premiul Nobel - din nou în astronomie

Atenţie, deschide într-o fereastră nouă. PDFImprimareEmail

Şi anul acesta premiul Nobel, cel mai prestigios premiu internaţional în acest domeniu, a fost acordat unei descoperiri din domeniul astrofizicii. Defapt nu exista un premiu Nobel separat pentru astronomie, insă s-a întâmplat de mai multe ori ca un fizician să primească premiul Nobel în chimie, sau un chimist în medicină. Cum e posibil?

Pentru că universul este unitar, aşadar graniţele între discipline tind să dispară iar legile universului tind să conveargă. Prin impărţirea tuturor fenomenelor naturii în mai multe domenii, putem inţelege ştiinţa mai adânc şi putem organiza mai bine baza de cunoştinţe. Aşa s-a intâmplat ca şi anul acesta premiul Nobel în fizică să fie acordat unor descoperiri din domeniul astronomiei.

Cei trei cercetători americani Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt şi Adam G. Riess au câştigat premiul pentru descoperirea expansiunii accelerate a universului prin observarea supernovelor distante.

Dar haideţi să vedem ce au descoperit ei mai exact?

Pentru început o să-l reformulez pe Woody Allen în rolul unui băiat, Alvy din filmul Annie Hall.

Alvy stă deprimat cu capul în jos, şi doctorul îl intreabă: "De ce eşti deprimat Alvy?"
Mama lui Alvy: E ceva ce a citit. 
Doctorul: Ceva ce a citit?
Alvy: Universul se extinde.
Doctorul: Universul se extinde?
Alvy: Păi, universul este totul şi dacă se extinde, într-o zi se va rupe şi va fi sfârşitul totului (lumii)!.

După cum şi-a imaginat Alvy, Universul se extinde precum o poză se măreşte: distanţele dintre obiecte devin mai mari în timp ce şi obiectele se măresc, în mod proporţional. Însă în realitate nu este aşa. Într-adevăr distanţele mari dintre galaxii şi grupuri de galaxii devin tot mai mari, însă obiectele compuse din materie ca de exemplu galaxiile, Pământul şi podul Brooklyn nu se măresc, acestea fiind ţinute împreună de forţele locale prezente in materie.
Mai mult cercetătorii au descoperit că această expansiune se accelerează.

Cum au descoperit cercetătorii această expansiune?

Pentru a înţelege mai bine, am să descriu prima dată ce înseamnă o supernovă de tipul Ia.

În această ilustraţie artistică de la NASA un candidat de supernovă de tipul Ia (dreapta, jos) atrage materie din atmosfera unei stele-companion (stânga sus). Materia care cade spre pitica albă va crea un disc de acreţie după care se va prăbuşi pe pitica albă, care la urmă va exploda într-o supernovă. (Sursă: ESA şi Justyn R. Maund)

 

O supernovă de tip Ia este o subcategorie de stele variabile cataclismice rezultată din explozia violentă a unei pitice albe. O pitică albă este restul unei stele care și-a încheiat ciclul normal de viață și a încetat să mai întrețină fuziune nucleară.
O caracteristică a acestor stele este că explozia se desfăşoară după un anumit tipar. Toate exploziile de acest fel fiind foarte asemănătoare ele emit aceeaşi cantitate de lumină. Dacă măsurăm această cantitate de lumină prin observaţii de supernove, putem deduce distanţa de unde provine această lumină, aşa cum şi noi vedem o lumânare cu atât mai slab cu cât este mai departe de noi. Din această cauză cercetătorii mai numesc supernovele de tip Ia şi "reper standard" (standard candle) pentru că ajută la măsurarea distanţelor intergalactice, şi în acest fel ei pot determina distanţa până la galaxia în care a apărut supernova.

Supernova SN 2011fe a apărut în august, 2011, în galaxia M101, în Carul Mare.

Dacă se ştie distanţa galaxiilor şi viteza cu care se deplasează de noi (acesta prin analiza spectrelor luminoase) se poate calcula destinul universului. Mai exact, dacă expansiunea va încetini, eventual se inversează în contracţie, sau va continua la nesfârşit?

Cele două echipe de cercetare au intrat în cursa pentru a afla răspunsul. După multe greutăţi întâmpinate şi provocări tehnice, echipele au ajuns la aceleaşi rezultate încă în 1998. În total au găsit 50 de supernove îndepărtate al căror luminozitate părea mai slabă decât ei se aşteptau. Acesta era contrar la ce s-au gândit ei iniţial. Dacă expansiunea cosmică ar incetini, atunci supernovele ar fi trebuit să apară mai strălucitoare. Concluzia i-a şocat şi pe cercetători:  expansiunea universului nu numai că nu încetineşte, ci dimpotrivă, expansiunea accelerează.

 

Ce este cauza acestei expansiuni accelerate?

Albert Einstein, autorul teoriei relativităţii generalizate, care a revoluţionat fizica

Defapt primul a fost Newton, care şi-a pus întrebarea: Dacă universul există de un timp infinit, atunci de ce gravitaţia nu a atras toate stelele impreună într-un singur punct? Einstein a încercat rezolvarea acestui paradox cu noua lui teorie, teoria generală a relativităţii. Prin adăugarea unui termen în plus în ecuaţiile sale, pe care l-a numit constanta cosmologică, el a încercat sa contrabalanseze gravitaţia ca să obţină un univers static, care nici nu se extindea, nici nu se contracta. Însă şi soluţiile ecuaţiilor modificate astfel se dovedeau instabile pentru un univers static. Einstein în grabă a şters constanta cosmologică, pe care ulterior a regretat că a adăugat-o, numindu-o cea mai mare greşeală a lui. 
Însă cei premiaţi au arătat ca este nevoie din nou de această constantă pentru a putea explica expansiunea accelerată a universului. Astfel, greşeala lui Einstein nu a fost adăugarea ci ştergerea acesteia. Cum spune un citat al lui Einstein: "Cu cât este mai mare cunoştinţa omenirii despre lume, cu atât este mai mare sfera neştiutului care o inconjoară."
Ce este aceasta constantă cosmologică?
Deocamdată oamenii de ştiinţă nu pot da un răspuns concret, dar deja i-au dat un nume: energia întunecată. Problema rămâne una dintre cele mai mari mistere ale fizicii.

 

Nu numai anul acesta s-a acordat premiul Nobel în astronomie. Câteva exemple din trecut sunt:

  • în 1967, Hans Albrecht Bethe, RFG, pentru contribuția sa în teoria reacțiilor nucleare, în special pentru descoperirile sale privind producerea energiei în stele;
  • în 1974, Sir Martin Ryle, Antony Hewish, Regatul Unit, pentru cercetările revoluționare în astrofizica radio: Ryle pentru observațiile și invențiile sale, în particular pentru tehnica sintezei de deschizătură, iar Hewish pentru rolul său decisiv în descoperirea pulsarilor;
  • în 1978, Arno Allan Penzias şi Robert Woodrow Wilson, Statele Unite, pentru descoperirea radiației de fond de microunde cosmice;
  • în 1983, Subrahmanyan Chandrasekhar, Statele Unite, pentru studiile sale teoretice asupra proceselor fizice de importanță a structurii și evoluției stelelor; William Alfred Fowler, Statele Unite, pentru studiile sale teoretice și experimentale privind reacțiile nucleare de importanță în formarea elementelor chimice în univers;
  • în 1993, Russell Alan Hulse şi Joseph Hooton Taylor Jr., Statele Unite, pentru descoperirea unui nou tip de pulsar, o descoperire care a deschis noi posibilități pentru studiul gravitației;
  • în 2002, Raymond Davis Jr., Statele Unite, Masatoshi Koshiba, Japonia, pentru contribuții revoluționare în domeniul astrofizicii, în particular pentru identificarea neutrinilor cosmici. Riccardo Giacconi, Statele Unite, pentru contribuții revoluționare în domeniul astrofizicii, care au dus la descoperirea surselor cosmizc a razelor X;
  • în 2006, John C. Mather şi George F. Smoot, Statele Unite, pentru descoperirea formei de corp negru și anizotropiei radiației cosmice de fundal


După cum vedeţi lista lungă de descoperiri, astronomia este o ştiinţă adevărată.
Unii spun că astronomia adevărată este lipsită de frumuseţea şi trăirea vizualizării unei galaxii prin telescop, privirea unui bolid sau a cerului instelat şi constă doar prin calcule. Însă eu consider că ştiinţa astronomiei în forma sa pură, obiectivă şi de sine stătătoare poate fi la fel de frumoasă, interesantă şi totodată cu multe oportunităţi pentru descoperiri şi mistere fără nevoia de a lipi alte speculaţii, conspiraţii sau prejudicii la ea.

Ca incheiere mă intorc din nou la dialogul dintre Alvy şi doctorul din filmul de mai sus.

Mama lui Alvy - către Alvy: Şi ce treabă ai tu cu asta? 
Se intoarce către doctor: Nu îşi mai face temele. 
Alvy: Ce sens mai are?
Mama: Ce legătură are asta cu universul? Eşti aici în Brooklyn! Brooklyn nu se extinde.
Doctorul: Nu o să se extindă pentru câteva miliarde de ani Alvy. Şi trebuie să ne bucurăm de viaţă cât timp suntem aici!


Cer senin şi sărbători fericite!

 

 

Detalii: Nobel Foundation (2011, October 4). 2011 Nobel Prize in Physics: Discovery of expanding universe by observing distant supernovae.