Το CERN φέρνει το Διάστημα στο εργαστήριο

Στο HiRadMat εργαστήριο του CERN, στη Γενεύη, μια διεθνής ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής το University of Oxford κατάφερε τη δημιουργία μικροσκοπικών πυρήνων πλάσματος, σφαιρών εξαιρετικά ενεργής ύλης που αναπαράγουν, σε εργαστηριακή κλίμακα, τα μαγνητικά φαινόμενα που παρατηρούνται στα πιο βίαια περιβάλλοντα του Σύμπαντος. Το πείραμα, με την εύγλωττη ονομασία Fireball, στοχεύει να ρίξει φως σε ένα από τα πιο επίμονα μυστήρια της σύγχρονης αστροφυσικής: την ανεξήγητη εξαφάνιση χαμηλής ενέργειας ακτίνων γάμμα που εκπέμπονται από blazars, δηλαδή ενεργούς γαλαξίες με υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στο κέντρο τους.

Το πρόβλημα που επιχειρούν να λύσουν οι ερευνητές είναι γνωστό εδώ και χρόνια. Τα blazars εκτοξεύουν πίδακες σωματιδίων που διαπερνούν τον διαγαλαξιακό χώρο με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός. Καθώς αυτή η εξαιρετικά ενεργή ακτινοβολία ταξιδεύει στο Σύμπαν, αλληλεπιδρά με το κοσμικό υπόβαθρο φωτός, δημιουργώντας ζεύγη ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων. Θεωρητικά, αυτά τα σωματίδια θα έπρεπε να παράγουν νέα, χαμηλότερης ενέργειας ακτινοβολία γάμμα, όμως τα τηλεσκόπια, συμπεριλαμβανομένου του Fermi Gamma-ray Space Telescope, δεν καταγράφουν κανένα τέτοιο σήμα.

Αυτό έχει οδηγήσει τους επιστήμονες σε δύο βασικές υποθέσεις. Σύμφωνα με την πρώτη, αδύναμα διαγαλαξιακά μαγνητικά πεδία εκτρέπουν την πορεία των φορτισμένων σωματιδίων, κάνοντας το σήμα τους να «χάνεται» πριν φτάσει στη Γη. Η δεύτερη θεωρία υποστηρίζει ότι οι πίδακες ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων είναι εγγενώς ασταθείς: διαλύονται προτού προλάβουν να εκπέμψουν τις ακτίνες γάμμα που περιμένουμε να δούμε.

Για να διαπιστώσουν ποιο σενάριο ευσταθεί, οι ερευνητές του Fireball χρησιμοποίησαν το Super Proton Synchrotron του CERN για να δημιουργήσουν και να επιταχύνουν δέσμες ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων μέσα σε έναν σωλήνα πλάσματος μήκους ενός μέτρου. Ουσιαστικά, αναπαρήγαγαν σε μικρογραφία το ταξίδι ενός κοσμικού πίδακα μέσα στο διαγαλαξιακό κενό, αλλά σε περιβάλλον απόλυτα ελεγχόμενο και με όργανα ακριβείας ικανά να καταγράψουν κάθε λεπτομέρεια.

Τα αποτελέσματα ήταν απρόσμενα. Παρά τις ακραίες συνθήκες, η δέσμη σωματιδίων παρέμεινε αξιοσημείωτα σταθερή: στενή, παράλληλη και χωρίς εμφανή σημάδια διαταραχής ή αστάθειας. Αυτό το εύρημα φαίνεται να αποκλείει την υπόθεση ότι η έλλειψη ακτίνων γάμμα οφείλεται σε εσωτερική αστάθεια του πλάσματος. Αντίθετα, ενισχύει την πιθανότητα ύπαρξης ενός διαγαλαξιακού μαγνητικού πεδίου, τόσο ασθενούς που δεν μπορούμε να το ανιχνεύσουμε άμεσα, αλλά αρκετά ισχυρού ώστε να εκτρέπει τις φορτισμένες δέσμες και να «σβήνει» το αποτύπωμά τους προτού φτάσουν στα τηλεσκόπιά μας.

Αν αυτή η ερμηνεία επιβεβαιωθεί, το εύρημα έχει βαθύτερες κοσμολογικές προεκτάσεις. Το ερώτημα που αναδύεται είναι προφανές: πώς δημιουργήθηκε ένα τέτοιο μαγνητικό πεδίο σε ένα Σύμπαν που αρχικά, μετά το Big Bang, υποτίθεται ότι ήταν τέλεια ομογενές; Κάποιοι φυσικοί υποψιάζονται ότι η απάντηση ίσως βρίσκεται σε γεγονότα των πρώτων στιγμών μετά το Big Bang, όταν η ύλη και η ενέργεια δεν είχαν ακόμα διαχωριστεί πλήρως. Άλλοι θεωρούν ότι θα χρειαστεί να κοιτάξουμε πέρα από το Καθιερωμένο Μοντέλο της Σωματιδιακής Φυσικής, αναζητώντας φαινόμενα που ξεπερνούν τις τρέχουσες θεωρητικές προβλέψεις.

Για τον Gianluca Gregori, φυσικό του University of Oxford και επικεφαλής του Fireball project, αυτή η προσέγγιση ανοίγει έναν νέο δρόμο για τη λεγόμενη «εργαστηριακή αστροφυσική»,  έναν τομέα που προσπαθεί να μεταφέρει τα πιο ακραία φαινόμενα του Διαστήματος μέσα στα εργαστήρια της Γης.

Το Fireball αποτελεί ένα ακόμη βήμα προς αυτή την κατεύθυνση. Οι ερευνητές σχεδιάζουν ήδη μελλοντικά πειράματα που θα αξιοποιήσουν ισχυρότερες πηγές ενέργειας και πιο προηγμένα διαγνωστικά εργαλεία, για να προσεγγίσουν ακόμα πιο ρεαλιστικά συνθήκες κοσμικών φαινομένων. Παράλληλα, οι αστρονόμοι αναμένουν με ενδιαφέρον τη λειτουργία του νέου Cherenkov Telescope Array (CTAO), που θα μπορεί να καταγράφει με ασύγκριτη ακρίβεια τις ακτίνες γάμμα από μακρινούς γαλαξίες, προσφέροντας κρίσιμα δεδομένα για να επιβεβαιωθούν ή να απορριφθούν τα συμπεράσματα των πειραμάτων του CERN.

[source]