Στην επιστήμη της Φυσικής, αλλά και στον κλάδο της αστροφυσικής, οι περισσότερες ανακαλύψεις προκύπτουν μέσα από προσεκτικά σχεδιασμένα πειράματα και παρατηρήσεις με σκοπό την επιβεβαίωση θεωρητικών προβλέψεων. Σε πολλές περιπτώσεις, η πειραματική απόδειξη μιας θεωρίας έρχεται δεκαετίες μετά από τη θεωρητική πρότασή της. Αυτό συμβαίνει διότι απαιτούνται αυστηρά πειράματα και, συχνά, τεχνολογικά ανεπτυγμένος εξοπλισμός που μπορεί να χρειαστεί χρόνια για να κατασκευαστεί. Παρ’ όλα αυτά, δεν είναι λίγες οι περιπτώσεις φαινομένων ή αντικειμένων στο Σύμπαν που ανακαλύφθηκαν εντελώς τυχαία. Άλλες ανακαλύψεις έγιναν από επιστήμονες που ερευνούσαν κάτι διαφορετικό και έτυχε να εντοπίσουν κάτι που δεν είχε παρατηρηθεί προηγουμένως, ενώ άλλες δεν προέκυψαν καν από ανθρώπους που ανήκουν στον επιστημονικό χώρο. Στο παρόν άρθρο θα δούμε μερικές από τις γνωστότερες κατά τύχη ανακαλύψεις στον τομέα της αστροφυσικής.
Little Green Man ή pulsar?
Βρισκόμαστε στο Νοέμβριο του έτους 1967. Η αστροφυσικός Jocelyn Bell, μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο πανεπιστήμιο του Cambridge, αναλύει δεδομένα που έχουν συλλεχθεί από ένα ραδιοτηλεσκόπιο στην κατασκευή του οποίου είχε συνεισφέρει και η ίδια. Η τεχνολογία ακόμη δεν έχει εξελιχθεί τόσο, οπότε η ανάλυση γίνεται με το χέρι. Σε αρχεία από τρεις μήνες πριν, από τον Αύγουστο του 1967, η Bell εντοπίζει κάτι αξιοπερίεργο: ένα σήμα που παρουσιάζει ασυνήθιστα χαρακτηριστικά. Οι παλμοί του επαναλαμβάνονται ανά συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα, καθώς παρατηρείται ένας παλμός ανά 1,3 δευτερόλεπτα περίπου. Ονομάζει χαριτολογώντας την πηγή του σήματος «Little Green Man 1» (LGM-1), ως ανέκδοτο περί εντοπισμού σήματος εξωγήινης νοημοσύνης. Έπειτα από μερικά χρόνια, αποκαλύπτεται πως πρόκειται για έναν pulsar, δηλαδή έναν ταχύτατα περιστρεφόμενο αστέρα νετρονίων με ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Για την ανακάλυψη αυτή, το βραβείο Nobel στη φυσική το 1974 αποδόθηκε στον επιβλέποντα καθηγητή της Bell, τον Antony Hewish, και στον ραδιοαστρονόμο Martin Ryle αλλά όχι στην ίδια.
Δεξιά: Καταγραφές των σημάτων που ανέλυσε η Bell και διέκρινε τους παράξενους παλμούς (Εικόνα: Cambridge University Library)
Οι pulsars είναι αστέρες νετρονίων που περιστρέφονται πολύ γρήγορα και διαθέτουν ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σε δέσμες από τους δύο τους πόλους καθώς περιστρέφονται και γι’ αυτό συχνά αποκαλούνται και «κοσμικοί φάροι». Είναι αρκετά πυκνά αντικείμενα και δημιουργούνται έπειτα από μια έκρηξη supernova μετά τον θάνατο ενός άστρου με μάζα μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου, αλλά όχι αρκετά μεγάλη για να σχηματιστεί μια μαύρη τρύπα.
Εικόνα: Michael Kramer
Εκλάμψεις ακτίνων γ και ψυχρός πόλεμος
Μια σπουδαία ανακάλυψη στον χώρο της αστροφυσικής υψηλών ενεργειών πραγματοποιήθηκε την δεκαετία του 1960, υπό το τεταμένο κλίμα της περιόδου του ψυχρού πολέμου. Αυτή τη φορά, οι παρατηρήσεις δεν έγιναν στο πλαίσιο επιστημονικής έρευνας. Το 1963, και υπό τον φόβο δοκιμών και χρήσης πυρηνικών όπλων από τις μεγαλύτερες υπερδυνάμεις της εποχής, ο Αμερικανός πρόεδρος John F. Kennedy, ο Βρετανός Harold Macmillan και ο ηγέτης της Σοβιετικής Ένωσης Nikita Khrushchev υπογράφουν τη «Συνθήκη μερικής απαγόρευσης πυρηνικών δοκιμών» (Partial nuclear test ban treaty). Σύμφωνα με αυτή, απαγορεύονταν όλες οι δοκιμές πυρηνικών όπλων πέρα από αυτές που διεξάγονταν υπόγεια. Επομένως, απαγορεύονταν και οι δοκιμές στο διάστημα. Οι Αμερικανοί όμως, καχύποπτοι πως η Σοβιετική Ένωση θα αθετήσει τη συμφωνία, εκτόξευσαν στο διάστημα κατασκοπευτικούς δορυφόρους, τους δορυφόρους Vela, οι οποίοι σκοπό είχαν να εντοπίσουν τυχόν ανωμαλίες που θα συνδέονταν με έκλυση ενέργειας λόγω πυρηνικών δοκιμών. Ήταν εξοπλισμένοι με ανιχνευτές ακτίνων Χ, ακτίνων γ και νετρονίων.
Εικόνα: The John F. Kennedy Presidential Library and Museum, Boston
Το 1967, οι δορυφόροι Vela 3 και Vela 4 εντοπίζουν περίεργα σήματα στην περιοχή των ακτίνων γ. Τα σήματα αυτά δεν μοιάζουν με τα τυπικά που θα περίμεναν να λάβουν έπειτα από κάποια δοκιμή πυρηνικού όπλου. Περαιτέρω παρατηρήσεις εντοπίζουν και άλλα αντίστοιχα σήματα, από διαφορετικές περιοχές του ουρανού. Ερευνητές από το Los Alamos National Laboratory καταλήγουν στο συμπέρασμα πως λόγω των θέσεων των πηγών, τα σήματα όχι μόνο δεν προέρχονται από δοκιμές πυρηνικών όπλων, αλλά ούτε καν από το ηλιακό μας σύστημα. Η προέλευσή τους φαίνεται να είναι μακρινή. Έπειτα από έξι χρόνια, το 1973, δημοσιεύεται άρθρο στο Astrophysical Journal με τίτλο «Παρατηρήσεις εκλάμψεων ακτίνων γ κοσμικής προέλευσης» (Observations of Gamma-Ray Bursts of Cosmic Origin). Ένα νέο πεδίο έρευνας ξεκινά γύρω από τις εκλάμψεις ακτίνων γ, ένα από τα πιο μυστηριώδη και ενεργητικά φαινόμενα στο Σύμπαν.
Οι εκλάμψεις ακτίνων γ (Gamma-Ray Bursts ή GRBs για συντομία), αποτελούν τις πιο λαμπρές και ισχυρές εκρήξεις που λαμβάνουν χώρα στο Σύμπαν. Προκαλούνται έπειτα από ένα εξαιρετικά βίαιο γεγονός στο Σύμπαν. Αυτό μπορεί να είναι μια έκρηξη supernova, καθώς ένας υπεργίγαντας αστέρας καταρρέει και σχηματίζεται ένας αστέρας νετρονίων ή μια μαύρη τρύπα. Ένας άλλος μηχανισμός παραγωγής εκλάμψεων ακτίνων γ είναι οι συγκρούσεις αστέρων νετρονίων.
Οι εκλάμψεις ακτίνων γ διαρκούν από μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου έως και μερικές ώρες και αποτελούνται κυρίως από δύο φάσεις. Η πρώτη φάση, γνωστή και ως «prompt emission», αποτελείται από μια σύντομη έκλυση ενέργειας στις ακτίνες γ και η δεύτερη, γνωστή και ως «afterglow», διαρκεί για ένα αρκετά μεγαλύτερο χρονικό διάστημα και περιλαμβάνει εκπομπή στα υπόλοιπα τμήματα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, από τις ακτίνες Χ μέχρι και τα ραδιοκύματα.
Εικόνα: NASA’s Goddard Space Flight Center
Η «ηχώ» του Big Bang και τα περιστέρια
Το ημερολόγιο δείχνει 1965. Οι Arno Penzias και Robert Woodrow Wilson, ραδιοαστρονόμοι στις ΗΠΑ, καθώς κάνουν παρατηρήσεις καταγράφουν ένα σήμα στην κεραία τους το οποίο δεν προέρχεται από κάποια συγκεκριμένη πηγή στον ουρανό. Έχει χαρακτηριστικά ισοτροπικής κατανομής, φαίνεται δηλαδή να προέρχεται από παντού, έχοντας την ίδια ένταση. Πραγματοποιώντας περισσότερες παρατηρήσεις επιβεβαιώνουν πως στα δεδομένα τους εξακολουθεί να υπάρχει ένα χαμηλής και σταθερής έντασης μυστηριώδες σήμα, του οποίου την προέλευση αδυνατούν να εξηγήσουν.
Ελέγχουν την κεραία και τον υπόλοιπο εξοπλισμό τους, για να βεβαιωθούν πως δεν αποτελεί παρεμβολή τεχνολογικής φύσης. Οι ραδιοαστρονόμοι φτάνουν στο σημείο μέχρι και να καθαρίσουν την κεραία από περιττώματα περιστεριών, τα οποία είχαν φτιάξει φωλιά σε αυτήν, ώστε να έχουν αποκλείσει κάθε ενδεχόμενο το σήμα να έχει γήινη προέλευση.
Εικόνα: Astronomical Society of the Pacific
Το σήμα, ωστόσο, δεν φεύγει. Έπειτα από σχεδόν ένα χρόνο, διαπιστώνεται πως το σήμα αυτό αποτελεί την Κοσμική Μικροκυματική Ακτινοβολία Υποβάθρου (Cosmic Microwave Background Radiation), την λεγόμενη «ηχώ» του Big Bang. Πρόκειται στην ουσία για το υπόλειμμα της θερμικής ακτινοβολίας που εξέπεμπε το Σύμπαν ως σύνολο σύντομα μετά το Big Bang.
Στα πρώτα 380.000 χρόνια μετά το Big Bang, η ύλη στο Σύμπαν ήταν πολύ πυκνή και θερμή και το φως που είχε εκπεμφθεί δεν μπορούσε να διαδοθεί ελεύθερο. Τα φωτόνια αλληλεπιδρούσαν συνεχώς με ελεύθερα ηλεκτρόνια και έτσι το Σύμπαν παρέμενε αδιαφανές. Μετά το πέρας αυτής της περιόδου, η θερμοκρασία του Σύμπαντος είχε μειωθεί αρκετά, τόσο ώστε τα ηλεκτρόνια να γίνουν δέσμια γύρω από πυρήνες και να σχηματιστούν τα πρώτα άτομα. Τα φωτόνια, πλέον, δεν αλληλεπιδρούσαν τόσο έντονα με την ύλη και μπορούσαν να δραπετεύσουν. Το αρχέγονο αυτό φως είναι που οι Penzias και Wilson εντόπισαν τυχαία. Αξίζει να σημειωθεί πως η ύπαρξη της Κοσμικής Μικροκυματικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου είχε προβλεφθεί θεωρητικά τη δεκαετία του 1940 από τους George Gamow, Ralph Alpher και Robert Herman. Αποτελεί ένα από τα ισχυρότερα στοιχεία για την καθιέρωση της Θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης (Big Bang Theory).
Εικόνα: ESA/Planck Collaboration
Αν και καθεμιά από τις παραπάνω ανακαλύψεις οφειλόταν αρχικά σε μια τυχαία παρατήρηση, η οποία δεν ήταν προσχεδιασμένο να συμβεί, η παρατηρητικότητα και η επιμονή των επιστημόνων ήταν που οδήγησαν στο να γίνει περισσότερη μελέτη και τελικά να εμπλουτιστεί η γνώση της ανθρωπότητας και η κατανόηση για το Σύμπαν. Οι παραπάνω αποτελούν λίγες μόνο από τις σπουδαιότερες ανακαλύψεις στον χώρο της αστροφυσικής που έγιναν κατά τύχη, και ένα πολύ μικρό ποσοστό αυτών που έχουν συμβάλει στη διαμόρφωση της επικρατούσας εικόνας που έχουμε για το Σύμπαν. Μιας εικόνας, η οποία ίσως κάποτε, μετά από κάποια άλλη τυχαία ανακάλυψη, να αναδιαμορφωθεί.
