Ανίχνευση του Αανιχνεύτου – Ερευνητές στην Κυνηγητική για τη Σκοτεινή Ύλη με Βοήθεια της 3Δ Εκτύπωσης

Η αναζήτηση ενός από τα πιο σκοτεινά μυστικά του σύμπαντος συνεχίζεται καθώς οι επιστήμονες ερευνούν τα μυστήρια της σκοτεινής ύλης. Η σκοτεινή ύλη είναι υπεύθυνη για βασικές ενέργειες στο ηλιακό σύστημα, όπως ο σχηματισμός των γαλαξιών, αλλά είναι διάσημα δύσκολη στην ανίχνευση. Μια νέα μελέτη που παρουσίασαν ερευνητές από τη Σχολή Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου Nottingham δείχνει μια μέθοδο ανίχνευσης της σκοτεινής ύλης χρησιμοποιώντας ένα ειδικά σχεδιασμένο σύστημα κενού. Αυτό που πρέπει να γνωρίζετε.

Τι είναι η Σκοτεινή Ύλη;

Η συνηθισμένη ύλη είναι ό,τι θεωρούν οι άνθρωποι ότι είναι τα πάντα. Οτιδήποτε καταλαμβάνει χώρο και έχει μάζα ανήκει σε αυτή την κατηγορία, από το μεγαλύτερο αστέρι μέχρι το μικρότερο άτομο. Προς έκπληξη, αυτός ο τύπος ύλης αποτελεί μόνο ένα μικρό μέρος της εξίσωσης. Συγκεκριμένα, καταλαμβάνει περίπου το 5% της σύνθεσης του σύμπαντος.

Οι ερευνητές έχουν καταλήξει στο ότι το 30% του σύμπαντος αποτελείται από μαύρη ενέργεια, μια άλλη μυστηριώδη δύναμη που οι επιστήμονες μελετούν για κάποιο χρονικό διάστημα. Το υπόλοιπο 69% είναι σκοτεινή ύλη. Οι ερευνητές έχουν κάνει πολλές υποθέσεις σχετικά με αυτή τη δύναμη.

Κάποιοι πιστεύουν ότι η σκοτεινή ύλη αποτελείται από πρωτογενείς μαύρες τρύπες, ενώ άλλοι έχουν καταλήξει στο ότι πρέπει να είναι άγνωστα υποατομικά σωματίδια. Παρά τις θέσεις τους, όλοι συμφωνούν ότι η επιστήμη δεν διαθέτει ακόμη εξοπλισμό αρκετά ευαίσθητο για να καταγράψει αυτό το επίπεδο ενέργειας.

Πώς Ανακαλύφθηκε η Σκοτεινή Ύλη;

Οι αστρονόμοι ανέφεραν για πρώτη φορά τη σκοτεινή ύλη το 1933. Ένας Ελβετο-Αμερικανός αστρονόμος ονόματι Fritz Zwicky έμεινε έκπληκτος όταν διαπίστωσε ότι ο γαλαξίας του Σμήνους Κόμα παραβίαζε τις τότε γνωστές αστρονομικές πεποιθήσεις. Ο γαλαξίας είχε μόνο το 1% της μάζας που απαιτούνταν για να συγκρατήσει τα άλλα γαλαξιακά σώματα.

Πηγή – Οδηγός Αστρονομίας

Υπόθεσε ότι πρέπει να υπάρχει κάποια άλλη μορφή ύλης που παρέχει τη μάζα για να κρατήσει τους γαλαξίες στη θέση τους. Αυτή η ακαταμάχητη ουσία λειτουργούσε ως δομική στήριξη και οδικός χάρτης για το σχηματισμό νέων άστρων, γαλαξιών και άλλων. Σημαντικό είναι ότι μπορούσε μαθηματικά να αποδείξει ότι η μάζα υπήρχε, αλλά θα χρειαστούν πολλά ακόμη χρόνια έρευνας πριν οι επιστήμονες μπορέσουν να αναπαράγουν με ακρίβεια τις ανωμαλίες της σκοτεινής ύλης με συνέπεια και μετρήσιμο τρόπο.

Η Ανίχνευση της Σκοτεινής Ύλης είναι Δύσκολη

Η ανίχνευση της αόρατης σκοτεινής ύλης έχει αποδειχθεί μια χρονοβόρα και επιστημονικά απαιτητική διαδικασία. Η δύναμη είναι αόρατη και ακόμη και με τα πιο προηγμένα οπτικά όργανα, είναι σχεδόν αδύνατο να εντοπιστεί. Αντίθετα, ο μόνος τρόπος που οι ερευνητές έχουν καταφέρει να ανιχνεύσουν αυτή τη δύναμη είναι μέσω των διακυμάνσεων στις βαρυτικές επιδράσεις.

Η Νέα Μελέτη Βελτιώνει την Ανίχνευση

Η μελέτη, «Ανίχνευση σκοτεινών τοίχων περιοχής μέσω της επίδρασής τους στις τροχιές σωματιδίων σε προσαρμοσμένα περιβάλλοντα υπερυψηλού κενού», εξηγεί μια νέα μέθοδο μέτρησης της παρουσίας της σκοτεινής ύλης. Η καινοτόμος προσέγγιση εισάγει μια ειδικά σχεδιασμένη θάλαμο κενού τρισδιάστατης εκτύπωσης που επιτρέπει στη σκοτεινή ύλη να συσσωρεύεται και να συγκρούεται, προκαλώντας βαρυτική διακύμανση.

Συμβατικά Πεδία

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν συμβατικά πεδία για να διασφαλίσουν ότι καταγράφουν ελάχιστες αλλαγές στο βαρυτικό πεδίο. Τα συμβατικά πεδία χρησιμοποιούνται συνήθως για την επίλυση και τη λήψη δεδομένων από τρισδιάστατα περιβάλλοντα. Αυτά τα πρωτόκολλα δοκιμών αναθέτουν σε κάθε σημείο του χώρου έναν συγκεκριμένο αριθμό. Τα συμβατικά πεδία παρέχουν έναν ακριβή και συνεπή τρόπο μέτρησης των αλλαγών στα πεδία σε όλο το χώρο.

Τα συμβατικά πεδία είναι κοινά σήμερα. Χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση αλλαγών θερμοκρασίας, ηλεκτρικού δυναμικού, ακτινοβολίας, πίεσης και βαρυτικών αλλαγών. Η δυναμική φύση αυτού του τρόπου ανάκτησης δεδομένων επιτρέπει στους ερευνητές να αποκτήσουν χρήσιμες πληροφορίες για το παρακολουθούμενο περιβάλλον. Τα δεδομένα μπορούν να συλλεχθούν με γραμμικό, μη γραμμικό ή κλιμακωτό τρόπο.

Δοκιμή

Η μελέτη, η οποία διήρκεσε τρία χρόνια, αναδεικνύει πώς ειδικές θήκες τρισδιάστατης εκτύπωσης δημιουργούν ένα φαινόμενο γνωστό ως τοίχοι περιοχής. Οι τοίχοι περιοχής είναι συσσωματώσεις ενέργειας που εμφανίζονται όταν συμβαίνουν φάσεις μετάβασης του συμβατικού πεδίου. Οι τοίχοι περιοχής επηρεάζουν τα σωματίδια καθώς τα διασχίζουν, αλλάζοντας την τροχιά τους και τροποποιώντας την πορεία τους. Αυτή η απόκλιση, με τη σειρά της, μπορεί να μετρηθεί για να προσδιοριστεί η ύπαρξη της σκοτεινής ύλης.

Οι ερευνητές παρακολούθησαν αυτούς τους τοίχους περιοχής και χρησιμοποίησαν τα δεδομένα τους για να δημιουργήσουν την ιδανική θάλαμο κενού τρισδιάστατης εκτύπωσης. Η συσκευή ενσωμάτωσε ένα συγκεκριμένο σχήμα και δομή για την παγίδευση σωματιδίων σκοτεινής ύλης. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν επίσης ειδικά υλικά που βοήθησαν στη διαδικασία παγίδευσης.

Μείωση Πυκνότητας με Μείωση της Θερμοκρασίας

Η ομάδα πρόσθεσε τη διαδικασία αντίδρασης μειώνοντας τη θερμοκρασία των ελαφρών σωματιδίων. Η διαδικασία αυτή περιγράφηκε από τους ερευνητές ως παρόμοια με το νερό που γίνεται πιο αργό και στερεοποιείται καθώς η θερμοκρασία πέφτει. Σε αυτή την έρευνα, το αέριο χαμηλότερης πυκνότητας αναμείχθηκε με υπερκρύα άτομα λιθίου.

Στο πλαίσιο του πειράματος, αυτά τα άτομα ψύχθηκαν σε -273 βαθμούς. Αυτή η θερμοκρασία έφερε τα άτομα σχεδόν στο απόλυτο μηδέν, επιτρέποντάς τους να αντιδράσουν με σταθερό τρόπο σε σύγκριση με τις κανονικές θερμοκρασίες. Αυτή η κίνηση προσομοίωσε ένα σωματίδιο που ταξιδεύει μέσα από μια ουσία που γίνεται πιο πυκνή κατά τη διαδρομή του.

Αποτελέσματα

Οι ερευνητές μετρήσαν επιτυχώς διακυμάνσεις βαρυτικών κυμάτων σε νανοχέρτζ, και η παρουσία τους έδειξε σκοτεινή ύλη. Αυτά τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να έχουν σημαντική επίδραση στον τρόπο που οι επιστήμονες αντιλαμβάνονται την εξέλιξη του σύμπαντος. Τώρα, η διαδικασία δοκιμής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη συλλογή περαιτέρω δεδομένων σχετικά με αυτά τα ακαταμάχητα σωματίδια που αποτελούν τα δομικά στοιχεία του γαλαξία.

Ερευνητές

Η μελέτη διεξήχθη σε μία από τις κορυφαίες ευρωπαϊκές ακαδημίες επιστημονικής έρευνας, τη Σχολή Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου Nottingham. Συγκεκριμένα, η καθηγήτρια Clare Burrage ηγήθηκε των ερευνητικών προσπαθειών και υποστηρίχθηκε από την αναπληρώτρια καθηγήτρια Lucia Hackermueller.

Οφέλη που Αποκαλύπτει η Μελέτη

Η δυνατότητα ανίχνευσης της σκοτεινής ύλης χρησιμοποιώντας τοίχους περιοχής μέσω τυπωμένων θαλάμων κενού ανοίγει έναν νέο κόσμο ευκαιριών για τους ερευνητές και όσους επιδιώκουν να κατανοήσουν καλύτερα αυτή τη δύναμη. Η μελέτη θέτει τα θεμέλια για ερευνητές που επιδιώκουν να μετρήσουν και να προβλέψουν τις ενέργειες αυτής της δύναμης, με στόχο κάποια μέρα να καταλάβουν πώς συμβάλλει στον σχηματισμό των γαλαξιών και στην εξέλιξη του σύμπαντος.

Άλλες Μελέτες Σκοτεινής Ύλης που Αξίζει να Σημειωθούν

Η επιστημονική κοινότητα συνεχίζει να καινοτομεί και να δημιουργεί νέες μεθόδους παρακολούθησης της σκοτεινής ύλης και ενέργειας. Αυτές οι μέθοδοι καλύπτουν μια ποικιλία επιστημών, συμπεριλαμβανομένης της μέτρησης από το διάστημα, της δημιουργίας μεγάλων συσκευών εντοπισμού φωτεινών σωματιδίων για την αναζήτηση βαρυτικών επιδράσεων, και πολλά άλλα. Ακολουθούν μερικές από τις πιο ωφέλιμες προσπάθειες που έχουν πραγματοποιηθεί μέχρι σήμερα.

Διαστημικό Τηλεσκόπιο Euclid

Το ευρωπαϊκό διαστημικό τηλεσκόπιο Euclid εκτοξεύθηκε πρόσφατα από πυραύλο Falcon 9 στη Φλόριντα με σκοπό την αναζήτηση σκοτεινής ύλης. Το έργο, με την ονομασία «Dark Detective», σχεδιάστηκε για συνεργασία με το τηλεσκόπιο James Webb προκειμένου να διερευνήσει περαιτέρω τις ανωμαλίες. Σε αντίθεση με το τηλεσκόπιο James Webb, το οποίο διαθέτει εξαιρετική εστίαση, το δορυφορικό τηλεσκόπιο ύψους 15 πόδια και πλάτους 11 πόδια σχεδιάστηκε για να καταγράφει τεράστιες πανοραμικές εικόνες του σύμπαντος.

Η συσκευή θα μπορεί να καταγράψει τις μεγαλύτερες φωτογραφίες προοπτικής της 13,8 δισεκατομμυρίων ετών ιστορίας του σύμπαντος. Οι επιστήμονες μπορούν να εξετάσουν αυτές τις φωτογραφίες για να παρακολουθήσουν την κίνηση του φωτός μέσω του γαλαξία. Σημαντικό είναι ότι μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιήσουν την παραμόρφωση του φωτός για να εντοπίσουν βαρυτικές ανωμαλίες που προκαλούνται από τη σκοτεινή ύλη. Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως βαρυτικό φακό και έχει αποφέρει ενδιαφέροντα αποτελέσματα.

CERN

Ένα από τα πιο ωφέλιμα και γνωστά έργα που χρησιμοποιούνται για την προσπάθεια παρακολούθησης, μέτρησης και δημιουργίας σκοτεινής ύλης προέρχεται από τους ερευνητές του CERN. Αυτή η τεράστια ερευνητική εγκατάσταση ιδρύθηκε το 1954. Από τότε, έχει διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην επιστημονική κοινότητα σε πολλούς τομείς, συμπεριλαμβανομένης της δημιουργίας ερευνητικών πρωτοκόλλων για την ανακάλυψη και παρακολούθηση πρωτοκόλλων υψηλής ενέργειας.

Αυτή η ερευνητική εταιρεία με έδρα τη Γενεύη έχει συνεργαστεί με τα πιο λαμπρά και καινοτόμα έργα στην αγορά, και τα επιτεύγματά της δεν μπορούν να υποτιμηθούν. Για παράδειγμα, ο Tim Berners-Lee λανσάρε το 1989 το Παγκόσμιο Ιστό από αυτήν την εγκατάσταση, η οποία αργότερα φιλοξένησε τον πρώτο ιστότοπο το 1991. Σήμερα, η εγκατάσταση εστιάζει σε μια ποικιλία επιστημονικών δραστηριοτήτων.

Το CERN είναι περισσότερο γνωστό ως η έδρα του Μεγάλου Επιταχυντή Κοσμικών Σωματιδίων (LHC). Αυτή η συσκευή είναι ο μεγαλύτερος και υψηλότερης ενέργειας επιταχυντής σωματιδίων στον κόσμο. Μπορεί να επιταχύνει σωματίδια και να τα εκτοξεύσει με μέγιστη ταχύτητα πριν τα συγκρούσει για να καταγράψει τα αποτελέσματα. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται τώρα για τη μέτρηση βαρυτικών επιδράσεων που προκαλούνται από τη σκοτεινή ύλη, κάτι που μπορεί κάποια μέρα να ρίξει περισσότερο φως στην παρουσία και τις επιδράσεις της.

Αστέρας Νευτρόνιο

Μια άλλη μέθοδος που οι ερευνητές έχουν εισαγάγει για την παρακολούθηση της παρουσίας της σκοτεινής ύλης είναι μέσω της μέτρησης των ενεργειακών επιπέδων των αστέρων νευτρόνιων. Χρησιμοποιώντας ένα ειδικά κατασκευασμένο τηλεσκόπιο που ονομάζεται IceCube Neutrino Observatory στον Νότιο Πόλο της Ανταρκτικής, οι ερευνητές μπορούν να παρακολουθήσουν τη συσσώρευση της σκοτεινής ύλης σε αυτά τα ουράνια σώματα.

Σημαντικό είναι ότι οι επιστήμονες αναζητούν τα παραπροϊόντα σωματιδίων που δημιουργούνται όταν η σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρά και καταστρέφεται. Αυτό συμβαίνει κάθε φορά που υπάρχει συσσώρευση σκοτεινής ύλης σε έναν αστέρα νευτρόνιο. Αυτή η μέθοδος παρακολουθεί τα παραπροϊόντα αυτών των συγκρούσεων και μετρά τις διακυμάνσεις τους με την πάροδο του χρόνου, δημιουργώντας έναν χάρτη αυτής της ενέργειας καθώς ταξιδεύει.

Εταιρείες που Θα Μπορούσαν να Ωφεληθούν από αυτές τις Ανακαλύψεις

Η δυνατότητα ανίχνευσης και κάποια μέρα εκμετάλλευσης της σκοτεινής ύλης αποτελεί μακροχρόνιο στόχο για επιστήμονες και ερευνητές. Οι τελευταίες εξελίξεις θα διευκολύνουν τη μελέτη αυτού του ακαταμάχητου στοιχείου σε βάθος και θα ξεκινήσουν την αποκάλυψη των μυστηρίων του. Για την επίτευξη αυτού του στόχου, θα υπάρξει μεγαλύτερη ζήτηση για διαστημόπλοια και εξειδικευμένες εγκαταστάσεις δοκιμών. Ακολουθούν δύο εταιρείες που βρίσκονται σε θέση να ωφεληθούν από αυτές τις εξελίξεις στο μέλλον.

1. SpaceX

Ο εκκεντρικός δισεκατομμυριούχος Elon Musk ίδρυσε τη SpaceX στις 14 Μαρτίου 2002. Η εταιρεία με έδρα το El Segundo της Καλιφόρνιας ξεκίνησε υπό διαφορετικό όνομα «Space Exploration Technologies (SPCX ) Corporation» (SET) πριν επαναπροσαρμοστεί στο πιο εμπορικό όνομα SpaceX. Σημαντικό είναι ότι, για να εξασφαλίσει το έργο, ο Musk επένδυσε το 50% των τότε αξιόλογων μετοχών PayPal (PYPL ) αξίας 180 εκατομμυρίων δολαρίων. Αυτά τα κεφάλαια χρησιμοποιήθηκαν για την εξασφάλιση των ερευνητών που χρειάζονταν για την εκτόξευση του πρώτου τους πυραύλου.

Η SpaceX πρωτοπορεί σήμερα στον εμπορικό διαστημικό τομέα. Η εταιρεία παραμένει η πρώτη ιδιωτικά χρηματοδοτημένη εταιρεία που έστειλε ένα σκάφος στο Διεθνές Διαστημικό Σταθμό. Είναι επίσης η πρώτη που προσγείωσε έναν πύραυλο στη Σελήνη, εκτόξευσε τον πιο ισχυρό πύραυλο και η μοναδική εταιρεία που κατάφερε να προσγειώσει επιτυχώς έναν επαναχρησιμοποιήσιμο πύραυλο.

2. Teledyne Technologies Inc.

TDY Διάγραμμα τιμής

Η Teledyne Technologies (TDY ) Inc. είναι κορυφαίος προμηθευτής υλικών αεροδιαστημικής. Η εταιρεία προσφέρει μια επιλογή υψηλής τεχνολογίας προηγμένων ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, οργάνων και προϊόντων επικοινωνίας. Η Teledyne Tech εισήλθε στην αγορά το 1999 και αρχικά αποτελούνταν από ένα συγκρότημα 19 εταιρειών. Σήμερα, η Teledyne Technologies, Inc. περιλαμβάνει πάνω από 100 εταιρείες παγκοσμίως.

Η Teledyne Technologies Inc. θα μπορούσε να δει σημαντικά κέρδη από την προσπάθεια τοποθέτησης περισσότερων αισθητήρων στο διάστημα. Η εταιρεία είναι σημαντικός προμηθευτής αλουμινίου αεροδιαστημικής ποιότητας και άλλων συστημάτων απαραίτητων για την υλοποίηση αυτών των αποστολών. Υπάρχουν αρκετοί δορυφόροι που εκμεταλλεύονται τα προϊόντα της εταιρείας.

Η μετοχή της Teledyne Technologies Inc., TDY, έχει παρουσιάσει σταθερές αποδόσεις 6,56%. Η θέση της εταιρείας και η προβλεπόμενη ανάπτυξη των δραστηριοτήτων σχετικών με το διάστημα καθιστούν αυτά τα περιουσιακά στοιχεία ισχυρή «Αγορά». Στις επόμενες εβδομάδες, η Teledyne Technologies, Inc. θα συνεχίσει να διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο στην αυξανόμενη αγορά αεροδιαστημικών προϊόντων.

Το Μέλλον των Μελετών Σκοτεινής Ύλης

Το μέλλον της έρευνας για τη σκοτεινή ύλη είναι φωτεινό. Η εισαγωγή της ρομποτικής και της τεχνητής νοημοσύνης θα το ωθήσει σε νέα ύψη και θα επιτρέψει στους ερευνητές, για πρώτη φορά, να αρχίσουν να παρακολουθούν και να παρακολουθούν αυτήν την ουσία με συνέπεια. Η εισαγωγή ρομποτικών διαστημικών ερευνητών με τεχνητή νοημοσύνη θα βοηθήσει να φέρει τους ανθρώπους πιο κοντά σε αυτές τις ακαταμάχητες απαντήσεις χωρίς να θέτει σε κίνδυνο τη ζωή τους.

Επιπλέον, θα δοθεί πολύ μεγαλύτερη έμφαση στη δημιουργία σκοτεινής ύλης στα εργαστήρια. Το LHC θα παίξει καθοριστικό ρόλο σε αυτή τη διαδικασία ως ο μεγαλύτερος επιταχυντής σωματιδίων με αισθητήρες αρκετά ευαίσθητους για να καταγράψουν τις μικροσκοπικές διακυμάνσεις που προκαλούνται από τη σκοτεινή ύλη.

Η Μέτρηση της Σκοτεινής Ύλης είναι το Βήμα 1

Οι προόδους που έχουν γίνει στη μέτρηση της σκοτεινής ύλης συνεχίζουν να βοηθούν στην αποκάλυψη των χαρακτηριστικών αυτής της ακόμη μη κατανοητής δύναμης. Στο μέλλον, οι ερευνητές θα συνδέσουν τα σχετικά δεδομένα και θα αξιοποιήσουν την προχωρημένη τεχνητή νοημοσύνη με βαθιά μάθηση για να δημιουργήσουν συσχετισμούς που μπορεί να φαινόταν απίθανοι για τους ανθρώπινους αναγνώστες. Όλες αυτές οι εξελίξεις και πολλά άλλα θα οδηγήσουν τη σκοτεινή ύλη να γίνει πιο διαφανής στο μέλλον.

Μπορείτε να μάθετε περισσότερα για συναρπαστικά διαστημικά έργα εδώ.