Μια ενεργειακή μετατόπιση στα φωτόνια του CMB

Μια ενεργειακή μετατόπιση στα φωτόνια του CMB 

Το φως που εκπέμφθηκε από τα άστρα και τα αέρια των μακρινών γαλαξιών,
έχει επίσης διασταλεί σε μεγαλύτερα μήκη κύματος κατά το ταξίδι του προς τη Γη.
Το φαινόμενο αυτό της μετατόπισης του μήκους κύματος δίνεται από τον τύπο της ερυθρής μετατόπισης.

Z = (ΛOBS – Λ0)/Λ0

όπου λobs είναι το μήκος κύματος που βλέπουμε στη Γη και λ0 είναι το μήκος κύματος
που εξέπεμψε η πηγή. Για παράδειγμα, τα διεγερμένα άτομα υδρογόνου, εκπέμπουν κατά μια μετάβασή τους προς τη θεμελιώδη στάθμη, την λεγόμενη ακτινοβολία άλφα Lyman που έχει μήκος κύματος λ0 = 121.6 nm.

Η μετάβαση αυτή παρατηρείται στους μακρινούς γαλαξίες και χρησιμοποιήθηκε
για να διαπιστώσουμε τον γαλαξία που κατέχει το σημερινό ρεκόρ της ερυθρής μετατόπισης
με την τιμή z = 10.

Η τιμή αυτή του z αντιστοιχεί σε μια παρατηρούμενη τιμή μήκους κύματος
για τη μετάβαση Lyman άλφα ίση με λobs = 1337.6 nm.

Η ερυθρή μετατόπιση περιγράφει όμως μόνο την μεταβολή της κλίμακας του κόσμου,
και δεν μας λέει την απόσταση ή την ηλικία του σύμπαντος όταν το φως αυτό πραγματικά εκπέμφθηκε.

Αν ξέραμε τόσο την απόσταση όσο και την ερυθρή μετατόπιση για μια σειρά
από πολλά αστρονομικά αντικείμενα, θα μπορούσαμε ν’ αρχίσουμε να χαρτογραφούμε
την κοσμική διαστολή.

Έτσι, ερυθρές μετατοπίσεις και αποστάσεις διαφόρων αντικειμένων που ακολουθούν την «ροή Hubble» (αυτά βρίσκονται σε μια περιοχή έξω από τα όρια των βαρυτικών αλληλεπιδράσεων του δικού μας σμήνους γαλαξιών), έχουν χαρτογραφηθεί, αποκαλύπτοντας το νόμο του Hubble:

D = (CZ/H0)

όπου c είναι η ταχύτητα του φωτός και H0 = 72 ± 8 km s-1 ανά megaparsec (Mpc)
είναι η τιμή της σταθεράς του Hubble. (1 Mpc ισούται με 3,26 εκατομμύρια έτη φωτός.)

η απαγορευτική αρχή του Pauli εμποδίζει τα ηλεκτρόνια
που έχουν βρεθεί πολύ κοντά το ένα με το άλλο από το να καταλάβουν
την ίδια κβαντική κατάσταση.

Σε ένα δυαδικό σύστημα αστέρων όμως,
το ισχυρό βαρυτικό πεδίο ενός λευκού νάνου
μπορεί να προκαλέσει έλξη της ύλης από τον συνοδό του αστέρα,
ώσπου ο λευκός νάνος να καταβροχθίσει τον συνοδό αστέρα.

Η πλεονάζουσα μάζα που αποκτά ο λευκός νάνος,
τον αποσταθεροποιεί και στη συνέχεια οδηγείται σε έκρηξη.

Όταν πρωτοανιχνεύτηκε η κοσμική ακτινοβολία πριν από 40 χρόνια,
οι Rainer Sachs και Art Wolfe έδειξαν
ότι ένα δυναμικό μεταβαλλόμενο με το χρόνο θα προσδώσει
μια ενεργειακή μετατόπιση στα φωτόνια του CMB
που περνούν μέσα από αυτό (εικόνα 2).

Ένα φωτόνιο κερδίζει ενέργεια όταν πέφτει μέσα σε βαρυτικό δυναμικό
μιας υπέρ-πυκνής περιοχής και δαπανά ενέργεια
όταν σκαρφαλώνει ξανά έξω από την περιοχή του δυναμικού.

Αν το φρέαρ του δυναμικού έχει βαθύνει
κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εισόδου-εξόδου,
το φωτόνιο χάνει συνολικά ενέργεια.

Αν το δυναμικό έχει γίνει πιο ρηχό με τον χρόνο,
το φωτόνιο κερδίζει συνολικά ενέργεια. physics4u.gr

Η Σκοτεινή Ενέργεια Μέρος 1ο, 2ο, 3ο, 4ο
Άρθρο του Robert R Caldwell, Από το περιοδικό Physics World, Μάιος 2004

• Νέες ενδείξεις μας πείθουν ότι η διαστολή του σύμπαντος είναι επιταχυνόμενη με την επίδραση ενός τύπου ενέργειας που προκαλεί βαρυτική άπωση. Η ενέργεια αυτή αποτελεί τα δύο τρίτα του Σύμπαντος.