π
Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble: 30 χρόνια επιστημονικής έρευνας
Αλέξης Δεληβοριάς
Στις 24 Απριλίου συμπληρώνονται 30 χρόνια από την εκτόξευση του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble, ενός από τα κορυφαία επιστημονικά και τεχνολογικά επιτεύγματα της εποχής μας, με τη διεισδυτική ματιά του οποίου ταξιδέψαμε από τις παρυφές του Ηλιακού συστήματος μέχρι τα πέρατα του Σύμπαντος. Το θρυλικό αυτό τηλεσκόπιο, το πρώτο και αναμφίβολα το γνωστότερο από τα τέσσερα Μεγάλα Τροχιακά Αστεροσκοπεία της NASA, υλοποίησε εκπληκτικές ανακαλύψεις σε όλους σχεδόν τους τομείς της αστρονομίας και της αστροφυσικής, συμβάλλοντας καθοριστικά στην διεύρυνση των επιστημονικών μας γνώσεων για την γένεση και τον θάνατο των άστρων, τις μαύρες τρύπες, τους γαλαξίες, την σκοτεινή ύλη και την σκοτεινή ενέργεια, καθώς και την εξέλιξη του Σύμπαντος.
Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble ονομάστηκε έτσι προς τιμήν του Αμερικανού αστρονόμου Edwin Hubble (1889–1953), οι παρατηρήσεις του οποίου συνέβαλαν ώστε να αλλάξει ριζικά η άποψη που είχαμε ως τότε για το Σύμπαν και τη θέση μας σε αυτό. Χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο Hooker του αστεροσκοπείου Wilson στην Καλιφόρνια, ο Hubble απέδειξε αρχικά ότι αρκετά αχνά νεφελώματα που είχαν εντοπιστεί από τα λιγότερο ισχυρά τηλεσκόπια της εποχής του, δεν ήταν αέρια νέφη ή αστρικά σμήνη εντός του Γαλαξία μας, αλλά ανεξάρτητοι γαλαξίες σε μεγάλες αποστάσεις από τον δικό μας. Άρχισε έτσι να συνειδητοποιείται ότι το Σύμπαν είναι πολύ μεγαλύτερο και ότι εμπεριέχει πολλά περισσότερα απ’ όσα νομίζαμε έως τότε. Έτσι, η συνεχής «εκτόπιση» του ανθρώπου από το κέντρο του κόσμου, η οποία ξεκίνησε με την απόρριψη αρχικά του γεωκεντρικού και αργότερα του ηλιοκεντρικού συστήματος, συνεχίστηκε από τον Hubble, ο οποίος με τις παρατηρήσεις του αυτές απέδειξε ότι ούτε ο Γαλαξίας μας κατέχει ξεχωριστή θέση στο Σύμπαν. Το 1929 η έρευνά του τον οδήγησε στη διατύπωση του νόμου που έμεινε γνωστός ως νόμος του Hubble, σύμφωνα με τον οποίο οι γαλαξίες απομακρύνονται από εμάς με ταχύτητες ανάλογες της απόστασής τους. Με τις παρατηρήσεις του αυτές ο Hubble μάς έδωσε την πρώτη, τεκμηριωμένη με την παρατήρηση, απόδειξη ότι το Σύμπαν διαστέλλεται, γεγονός που ανάγκασε τον ίδιο τον Αϊνστάιν να παραδεχτεί ότι η επιμονή του σ’ ένα στατικό Σύμπαν ήταν η μεγαλύτερη γκάφα της ζωής του.
Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, που «βλέπει» στο ορατό, στο υπεριώδες και στο εγγύς υπέρυθρο τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, συνέλεξε δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν για την συγγραφή χιλιάδων επιστημονικών εργασιών, οι οποίες διεύρυναν τις γνώσεις μας για το Σύμπαν, ενώ συνέβαλαν καθοριστικά στην κατανόηση πολύπλοκων αστρονομικών φαινομένων. Είναι αδύνατο να παρουσιαστούν εδώ, έστω και συνοπτικά, οι εκπληκτικές ανακαλύψεις που επιτεύχθηκαν με τη βοήθεια του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble. Επιγραμματικά, ωστόσο, θα επισημάνουμε τα ακόλουθα.
Οι εικόνες που συνέλεξε το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble συνέβαλαν στην βαθύτερη κατανόηση των πολύπλοκων μηχανισμών της γένεσης νέων άστρων στα αέρια νεφελώματα του Γαλαξία μας. Πολύ περισσότερο, με το Hubble ανακαλύψαμε ότι πολλά από τα νεογέννητα αυτά άστρα περιβάλλονται από πεπλατυσμένους δίσκους αερίων και σκόνης, από τους οποίους σχηματίζονται πλανητικά συστήματα, όπως το δικό μας. Εκτός αυτού, οι εκπληκτικής ομορφιάς εικόνες που έλαβαν οι αστρονόμοι με τη βοήθεια του Hubble, τους επέτρεψαν ακόμη να μελετήσουν τα τελευταία στάδια εξέλιξης των άστρων σαν τον Ήλιο.
Το 1994 εντοπίστηκε με την βοήθεια του Hubble μία κολοσσιαία μαύρη τρύπα με μάζα 2,4 δισ. Ήλιων στο κέντρο του ελλειπτικού γαλαξία Μ87. Κατοπινές παρατηρήσεις, σε συνδυασμό και με τα δεδομένα που συνέλεξαν επίγεια τηλεσκόπια στη Χαβάη, αποκάλυψαν την ύπαρξη τεράστιων μαύρων τρυπών σε πολλούς ακόμη γαλαξιακούς πυρήνες. Σύμφωνα μάλιστα με τα αποτελέσματα σχετικών ερευνών, οι αστρονόμοι εκτιμούν ότι αυτού του είδους οι γαλαξιακές μαύρες τρύπες υπάρχουν στους πυρήνες των περισσότερων γαλαξιών του Σύμπαντος. Με την συνδρομή του Hubble οι αστρονόμοι κατόρθωσαν ακόμη να επιβεβαιώσουν ότι τα κβάζαρ είναι ενεργητικοί γαλαξιακοί πυρήνες σε απόμακρους γαλαξίες, που εκλύουν τεράστια ποσά ενέργειας, καθώς υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στο κέντρο τους «τρέφονται» με άστρα, αέρια και σκόνη.
Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble κατόρθωσε επίσης να «δει» πιο πίσω στον χρόνο και πιο κοντά στη Μεγάλη Έκρηξη από ποτέ, αποτυπώνοντας ορισμένους από τους αμυδρότερους και πλέον μακρινούς γαλαξίες που έχουν ως τώρα εντοπιστεί. Η προσπάθεια αυτή ξεκίνησε τον Δεκέμβριο του 1995, όταν οι αστρονόμοι προσανατόλισαν για 10 συνεχείς ημέρες τις κάμερες του Hubble προς το ίδιο σημείο του ουρανού στο βόρειο ημισφαίριο. Με τις εικόνες αυτές του «Βαθέος Πεδίου», όπως ονομάστηκαν, καθώς και με τις αντίστοιχες λήψεις που πραγματοποιήθηκαν τρία χρόνια αργότερα στο νότιο ημισφαίριο, οι αστρονόμοι ανίχνευσαν το φως των πιο απόμακρων μέχρι τότε γαλαξιών.
Το «πείραμα» αυτό επαναλήφθηκε από τον Σεπτέμβριο του 2003 έως τον Ιανουάριο του 2004, προσφέροντας στην διεθνή επιστημονική κοινότητα τις νέες εικόνες «Εξαιρετικά Βαθέος Πεδίου». Στις εικόνες αυτές αποτυπώνονται 10.000 γαλαξίες, το αρχέγονο φως πολλών από τους οποίους ταξίδεψε ακόμα και 13 δισ. χρόνια μέχρι να φτάσει σ’ εμάς. Η εικόνα, τέλος, του «Ακραία Βαθέος Πεδίου», που δόθηκε στην δημοσιότητα το 2012, συνετέθη από τα δεδομένα που ελήφθησαν στην διάρκεια 10 ετών παρατήρησης και βελτιώνει το προηγούμενο ρεκόρ, διεισδύοντας ακόμη πιο πίσω στον χρόνο και φτάνοντας μέχρι και 13,2 δισ. χρόνια στο παρελθόν. Οι εικόνες αυτές έδωσαν την ευκαιρία στους αστρονόμους να μελετήσουν τον τρόπο με τον οποίο άρχισαν να ξεπροβάλλουν και να διαμορφώνονται οι δομές μεγάλης κλίμακας μέσα από το χαοτικό νεαρό Σύμπαν. Επιπλέον, τους βοήθησαν να διευρύνουν τις γνώσεις τους, όχι μόνο για τον σχηματισμό των πρώτων γαλαξιών, αλλά και για τον τρόπο με τον οποίο οι μεγαλύτεροι γαλαξίες «χτίζονται» σταδιακά από μικρότερους μέσω αλλεπάλληλων συγκρούσεων, συγχωνεύσεων και γαλαξιακού «κανιβαλισμού».
Για πολλούς, όμως, η πλέον συναρπαστική επιστημονική ανακάλυψη, στην οποία συνεισέφερε και το Hubble, δεν είναι άλλη από την σκοτεινή ενέργεια. Εντοπίζοντας ορισμένους από τους πλέον απομακρυσμένους υπερκαινοφανείς αστέρες που είχαν ως τότε παρατηρηθεί, οι αστρονόμοι κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η διαστολή του Σύμπαντος αντί να επιβραδύνεται από τη βαρυτική έλξη μεταξύ όλων των μορφών ύλης που εμπεριέχει, αντιθέτως επιταχύνεται εξαιτίας μιας άγνωστης, αλλά βαρυτικά απωστικής μορφής ενέργειας, που ονομάστηκε «σκοτεινή». Η σκοτεινή ενέργεια, όμως, δεν υπερίσχυε πάντα της βαρύτητας. Με την βοήθεια του Hubble οι αστρονόμοι κατόρθωσαν να «παρακολουθήσουν» τα ίχνη της ακόμη και 9 δισ. χρόνια στο παρελθόν και να διαπιστώσουν ότι η κοσμική «διελκυστίνδα» μεταξύ σκοτεινής ενέργειας και βαρύτητας βρισκόταν ήδη σε εξέλιξη από την αρχέγονη εκείνη εποχή, ώσπου εντέλει υπερίσχυσε η πρώτη, πριν από 5 περίπου δισ. χρόνια. Μέχρι στιγμής, πάντως, η φύση της σκοτεινής ενέργειας εξακολουθεί να διαφεύγει από τους επιστήμονες.
Η συνεισφορά, όμως, του Hubble δεν σταματά εδώ. Χάρη στην λεπτομερή ανάλυση των δεδομένων που συνέλεξαν τα διαστημικά τηλεσκόπια Hubble και Chandra, το τηλεσκόπιο VLT του ESO, καθώς και τα οπτικά τηλεσκόπια Μαγγελάνος, η απεικόνιση του γαλαξιακού σμήνους Σφαίρα προσέφερε στην διεθνή επιστημονική κοινότητα επιπλέον σοβαρές αποδείξεις ότι η σκοτεινή ύλη πράγματι υπάρχει. Η σκοτεινή ύλη είναι μία άγνωστης μορφής ύλη που ούτε εκπέμπει ούτε απορροφά ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, αλλά αποτελεί την κοσμική «σκαλωσιά» πάνω στην οποία «χτίζονται» οι δομές μεγάλης κλίμακας του Σύμπαντος, όπως είναι τα γαλαξιακά σμήνη. Τον Ιανουάριο του 2007, μάλιστα, παρουσιάστηκε ο πρώτος τρισδιάστατος χάρτης, βασισμένος σε παρατηρησιακά δεδομένα, ο οποίος απεικονίζει την κατανομή της σκοτεινής ύλης του Σύμπαντος σε μεγάλη κλίμακα. Η χαρτογράφηση αυτή αποκάλυψε ένα δυναμικό δίκτυο νηματοειδών δομών, οι οποίες τέμνονται στις περιοχές όπου εντοπίζονται οι κολοσσιαίες συσσωρεύσεις ύλης, που αποτελούν τα γαλαξιακά σμήνη. Προκειμένου να συνθέσουν αυτόν τον χάρτη, οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν τα δεδομένα της μεγαλύτερης επισκόπησης που είχε πραγματοποιήσει μέχρι τότε το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, γνωστή ως Επισκόπηση της Κοσμικής Εξέλιξης, καθώς και τα δεδομένα αρκετών ακόμη τηλεσκοπίων.
Χάρη στην πέμπτη και τελευταία αναβάθμισή του, που επιτεύχθηκε με την βοήθεια του διαστημικού λεωφορείου Atlantis τον Μάιο του 2009, το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble εξακολουθεί να συλλέγει πολύτιμα δεδομένα για το Σύμπαν και όλα όσα αυτό εμπεριέχει, παρόλο που έχουν ήδη περάσει 30 ολόκληρα χρόνια από την εκτόξευσή του.
Περισσότερες πληροφορίες για το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, για την διαστολή του Σύμπαντος και για την σκοτεινή ύλη μπορείτε να αντλήσετε από τα ακόλουθα βιβλία των ψηφιακών παραστάσεων του Νέου Ψηφιακού Πλανηταρίου, τα οποία θα βρείτε στην Ψηφιακή Βιβλιοθήκη του Πλανηταρίου, πατώντας εδώ.
Αναζητώντας την Σκοτεινή Ύλη
Το Κέντρο του Κόσμου: από το Γεωκεντρικό σύστημα στην διαστολή του Σύμπαντος
Ο Αγγελιοφόρος του Σύμπαντος
[φωτογρ. NASA, ESA, the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)]
π