Tradus de Monica Dobre
 Pentru imagine, mulţumim H. Boffin / ESO |
Poti sa faci sport de performanta si, in acelasi timp, sa faci parte dintr-o echipa care incearca sa inteleaga natura Universului nostru? Da – este suficient sa o intrebati pe Tamara Davis. Henri Boffin de la ESO a discutat cu ea in Copenhaga, Danemarca. Acum zece ani, a explodat o “bomba” in astronomie: datorita noilor observatii, modelul standard existent al Universului a trebuit sa fie abandonat si inlocuit cu noi idei (vezi Landua & Rau, 2008, pentru o discutie despre modelului standard). |
Conform modelului celui mai agreat al formarii Universului, teoria Big Bang, la origine, Universul a fost o stare foarte fierbinte si densa, si se dilata de atunci (asa cum este descris in Peebles, 2001). Dovada acestei explicatii a fost facuta in 1929 de astronomul american Edwin Hubble, care a aratat ca viteza cu care o galaxie se deplaseaza fata de noi este proportionala cu distanta dintre aceasta si Pamant. Acest fapt este cunoscut sub numele de Legea lui Hubble.
Cele mai recente observatii arata ca expansiunea, in loc sa decelereze, cum ar fi de asteptat daca gravitatia ar fi singura forta prezenta, accelereaza. Galaxiile se indeparteaza una de alta cu o viteza din ce in ce mai mare (vezi, ca exemplu, Leibundgut & Sollerman, 2001).
|
“Astfel, astronomii au venit cu ideea de energie neagra, care este numele dat sursei misterioase a accelerarii in Univers”, spune astronomul Tamara Davis. “Deocamdata, nu stim ce este. Ar putea fi un tip de materie cu proprietati anti-gravitationale, in care caz aceasta substanta bizara ar putea alcatui peste 70% din energia din Universul nostru. Sau ar putea fi faptul ca teoria gravitatii nu este completa inca, in acelasi sens in care teoria lui Newton a avut nevoie de o extindere prin teoria lui Einstein a relativitatii generalizate. Acum ca astronomii au si dovezi ca 25% din Univers este alcatuit dintr-o forma necunnoscuta de materie (precum este descris in Warmbein, 2007) – materia neagra – noi cunoastem cu adevarat doar aproximativ 5% din Universul nostru. Acest fapt impune cu siguranta ceva modestie! |
|
Tamara lucreaza la Dark Cosmology Center (in limba romana, Centrul pentru Cosmologie Neagra) din Copenhaga, Danemarca, si lucreaza cu oameni din intreaga lume in colaborari mari, precum cei care abordeaza intrebari fundamentale in fizica particulelor. Tamara face parte din colaborarea ESSENCEw1, care studiaza supernovele pentru a intelege energia neagra. Ea a inceput sa lucreze la acest subiect uimitor cand s-a mutat in 2003 la Universitatea Nationala Australiana si la Observatorul de pe Muntele Stromlo, dupa ce si-a terminat doctoratul la Universitatea New South Wales (in limba romana, Universitatea Noua Tara a Galilor de Sud) din Australia. “Am fost foarte norocoasa pentru ca am avut ocazia sa lucrez cu Brian Schmidt, un cercetator care ii inspira pe cei din jur si care a fost unul din cei care au descoperit ca expansiunea Universului accelereaza.”
O metoda de a determina proprietatile energiei negre este de a masura distantele si vitezele ale surselor de lumina indepartate pentru a calcula cat de mult se dilata Universul in timp. In acest scop, astronomii observa in primul rand supernovele de tip Ia (dupa descrierea din Székely & Benedekfi, 2007) – adica stele care explodeaza. Cele mai indepartate supernove observate sunt atat de departe, incat au explodat de fapt inainte ca Pamantul sa se formeze. Lumina lor a calatorit prin spatiu spre noi inainte ca Soarele sa inceapa sa straluceasca – si amintiti-va ca lumina se deplaseaza cu o viteza finita, asa ca uitandu-ne foarte departe inseamna ca ne uitam inapoi in timp.
 Inca de la Big Bang, Universul se tot dilata – si inca cu viteza accelerata. Faceti clic pe imagine pentru a mari. Pentru imagine, mulţumim L. Calçada / ESO |
Pentru ca sunt atat de departe, foarte putina lumina mai ajunge la noi, asa ca observatiile pot fi facute numai cu cele mai puternice telescoape, cum ar fi Very Large Telescope (in limba romana – Telescopul Foarte Mare) al ESOw2 (vedeti Pierce-Price, 2006, pentru o descriere a lucrului cu acest telescop), sau telescoapele Keckw3 si Geminiw4– toate se afla in zone foarte izolate cu conditii climaterice potrivite observatiilor telescopice (aproape fara nori, aproape fara vapori de apa si o atmosfera foarte subtire). Prin observarea unui numar mare de supernove situate intr-un domeniu larg de distante si masurand distantele si vitezele lor, este posibil sa determinam cum se modifica in timp dilatarea Universului. |
Colaborarea ESSENCE este un grup de 30 de cercetatori din toata lumea, care s-au strans pentru a descoperi supernove indepartate astfel incat sa le foloseasca ca sa inteleaga mai bine accelerarea Universului si energia neagra. Tamara are o sarcina dificila, si anume sa inteleaga ce ne arata de fapt masuratorile supernovelor. Dupa ce si-a facut partea de ei de observatii, ea ii lasa pe ceilalti membri ai colaborarii sa transforme imaginile brute ale supernovelor in informatii despre distantele pana la ele si despre vitezele lor. Intre timp, ea studiaza diferite teorii despre energia neagra si ceea ce prezic acestea pentru comportamentul supernovelor. Cand observatiile sunt gata, ea este cea care trebuie sa compare datele cu teoriile si sa isi dea seama care functioneaza cel mai bine.
|
Indiscutabil, partea mea preferata din astronomie este data de observatiile la telescoapele mari, mai ales cele din Chile. Folosind telescoape spatiale (care elimina estomparea si efectele de absorbtie ale atmosferei Pamantului) este de asemenea foarte incitant, dar nu poti controla tu insuti telescopul. De fapt, este uimitor sa urci la telescoapele din Anzii chilieni, cum ar fi Very Large Telescope (in lb. Romana, Telescopul foarte mare). Experienta calatoriei prin America de Sud, mersul cu autobuzul catre o parte salbatica si izolata a desertului si apoi sa vezi un telescop urias aparand orizont este parca ceva desprins din filmele science fiction. Apoi, cand ajungi acolo, ai la dispozitie un aparat de precizie de marimea unei cladiri, care se supune comenzilor tale. Este fantastic!” Tamara se descurca nu numai cu telescoapele din Anzii chilieni – acasa, in Australia, ea a folosit mai multe telescoape, si a avut parte si de cateva momente amuzante. O data, ea a fost blocata in afara curtii telescopului deoarece un grup de canguri pasteau la poarta. |
 Telescopul pentru descoperirea supernovelor (CTIO Blanco de 4 metri) incadrat magnific de doi nori ai lui Magellan (unii dintre cei mai apropiati vecini galactici ai nostri) la stanga si propria noastra galaxie Calea Lactee la dreapta Pentru imagine, mulţumim Roger Smith / NOAO / AURA / NSF |
Dar Tamara a pus ochii si pe spatiu. In Copenhaga, ea face parte dintr-un grup care propune construirea unui observator spatial numit SNAP, sonda de cercetare a accelerarii supernovelor (in limba engleza, SuperNova Acceleration Probew5). SNAP este proiectat sa masoare dilatarea Universului si sa determine natura misterioasei energii negre care accelereaza dilatarea. “Ador sa le spun oamenilor ca o parte din munca mea este construirea unei nave spatiale,” glumeste ea.
Dar despre ce este totusi vorba? “Noi incercam sa intelegem componentele fundamentale ale Universului nostru si felul in care functioneaza legile fizicii.Progresele in cunoastere si in tehnologie care vor fi disponibile ca rezultate al acestor activitati vor fi de-a dreptul uimitoare, desi trecerea de la cercetare fundamentala la aplicatii practice va lua mult timp. Teoriile curente nu explica ce este energia neagra, dar sunt suficient de flexibile incat sa permita acest lucru.
“Cel mai captivant lucru pentru mine este faptul ca accelerarea expansiunii Universului ar putea, conform majoritatii teoriilor acceptate, sa necesite o unificare a gravitatiei si a teoriei cuantice – fizica la dimensiunir foarte mari cu fizica la dimensiuni foarte mici. Imi place proprietatea de interconectare a naturii cand realizezi ca fizica celor mai mici particule care intra in alcatuirea oamenilor poate avea consecinte asupra fizicii Universului la cele mai mari dimensiuni. Nu-i asa ca este uimitor?”
Conform Tamarei si multora din colegii ei, dovezile privind existenta energiei negre sunt destul de convingatoare. “Daca ar fi fost doar supernovele cele care indicau catre o asemenea idee fantastica, ar fi fost usor de presupus ca am omis ceva in observatii – ca am facut o greseala pe undeva. Dar, de la descoperirea initiala, s-au strans din ce in ce mai multe dovezi din diferite teste si observatii, si toate indica spre energia neagra.”
Radiatia cosmica reziduala de fondw6(ramasitele de la Big Bang), observarea grupurilor de galaxii, masurarea oscilatiilor acustice barionice (structura galaxiilor), curbarea, puternica sau slaba, a luminii de obiecte masive (pentru o scurta descriere a acestui mecanism, vezi Jørgensen, 2006) – toate aceste masuratori foarte variate, care investigheaza aspecte diferite ale fizicii, accepta ca expansiunea Universului nu poate fi explicata fara energia neagra (vezi Peebles, 2001).
 Imaginea aruncatului suprem a discului Pentru imagine, mulţumim Adam Ginsburg; sursa imaginii: Wikimedia Commons |
S-ar putea crede ca urmarea acestui scop nu ar mai lasa prea mult timp pentru altceva in afara de stiinta. Dar realizarile Tamarei nu sunt doar in fizica. Ca student la doctorat, ea a facut parte ca membru ales din comitetul executiv al asociatiei sportive universitare, pentru o perioada de doi ani, organizand activitati sportive pentru mai mult de 30 000 de studenti. A concurat la nivel national in nu mai putin de sase sporturi. Este instructor de schi, antrenor de gimnastica si salvamar pentru surferi. |
La campionatul mondial de aruncarea suprema a discului din Germania in anul 2000, Tamara si-a reprezentat tara pentru prima oara si de atunci a ramas un membru activ al echipei australiene, al doilea om in echipa care a castigat locul cinci la campionatul mondial din 2004 in Finlanda. Aruncarea suprema a discului este un joc de echipa ce se joaca cu un disc pe un teren de rugbi (fara porti). Termenul de frisbee suprem spune totul: jucatorii isi joaca propriile aruncari, asa ca fair play-ul si increderea in proprii adversari este vitala. Din aceasta cauza, in cadrul fiecarui concurs, jucatorii organizeaza un vot pentru a desemna echipa care a jucat cel mai corect. Desi este foarte competitiva, echipa Tamarei a castigat premiul “spiritul jocului” la ambele campionate mondiale, o realizare remarcabila.
Cu o asemenea pasiune si dedicare pentru fizica si sport, probabil ca nu mai este o surpriza ca Tamara si-a dorit sa fie astronaut. Din nefericire, daca nu esti american, acesta nu este un lucru usor de realizat, dar cum Tamara are si cetatenie canadiana, ea intentioneaza sa aplice daca Agentia Spatiala Canadiana scoate vreun post liber la concurs. Intre timp, deoarece este improbabil ca ea sa devina astronaut, astronomia este urmatorul lucru pe lista ei. Aceasta decizie a fost influentata de un profesor de liceu foarte apreciat. “El era un astronom amator si a cumparat un mic telescop pentru scoala pe care il puteam folosi noaptea. De asemenea, el a luat o parte din noi la un sfarsit de saptamana dedicat astronomiei, care a fost memorabil, deoarece a fost primul meu contact cu relativitatea. Am fost vrajita.”
Tamara crede ca nu e nevoie de prea mult pentru a fi bun in stiinta – doar o curiozitate naturala pentru lumea din jur si pentru felul in care functioneaza lucrurile. “Am invatat ca inteligenta este de o importanta secundara in cercetare. Interesul si inspiratia sunt de departe semne mult mai relevante pentru a spune daca cineva va avea o carierea stiintifica de succes”, comenteaza ea.
Interesele Tamarei nu sunt limitate doar la energia neagra. O parte din cercetarea ei studiaza cateva subiecte foarte indraznete, aratand (printre altele) ca Universul se poate dilata mai repede decat viteza luminii, ca viteza luminii s-ar putea sa nu fie constanta si ca aparitia rapida a vietii pe Pamant sugereaza ca viata in Univers este ceva obisnuit.
Ea mai si preda la universitate, lucru care ii face multa placere. “Cred ca este din cauza ca imi place enorm ceea ce studiez astfel incat este merita din plin sa transmit entuziasmul meu si altora. Este foarte placut sa vad acel moment in care cineva realizeaza semnificatia unui concept mai complex, ori acea exclamatie de “uimitor” cand invata ceva ce nu si-ar fi imaginat inainte.”
Recenzie
Doua subiecte tind sa motiveze adolescentii sa studieze fizica: intrebarile fundamentale legate de modul in care Universul si-a obtinut petele (precum Levin, 2003) si astronomia. Nici unul din aceste subiecte nu se regaseste in curiculele de gimnaziu si liceu, dar acest articol contine cate putin din amandoua. Elevii ar putea gasi interesant faptul ca studiul supernovelor folosind telescoape ar ajuta la confirmarea (sau infirmarea) modelului cosmologic standard.
In plus, multi oameni din afara cercetarii – inclusiv elevii de liceu si gimnaziu – inca isi mai imagineaza fizicienii ca niste barbati tocilari slabi de partea autista a normalului, ori niste barbosi excentrici cu ochelari foarte grosi (sau, in cazul improbabil ca sunt femei, niste foarte evidente tocilare fara nici un fel de viata in afara laboratorului) care lucreaza izolati, fara sa vada vreodata lumina zilei. Descrierea unui adevarat fizician, pe care elevii si-ar putea dori sa il intalneasca, sa lucreze cu el sau chiar sa il aiba ca model, este binevenita. Mai mult, slujba pe care o face Tamara, care necesita colaborare internationala, calatorii in locuri exotice si joaca cu jucarii uriase, ar putea convinge studentii ca o cariera in fizica ar putea fi interesanta, chiar incitanta sau distractiva.
Profesorii ar putea folosi acest articol pentru a stimula discutii despre:
- Felul in care evolueaza stiinta prin experiment, cum se schimba ideile si cum trebuie modificate teoriile (Copernic, Newton, Einstein...)
- Rolul instalatiilor centrale si al colaborarilor internationale
- Folosirea telescoapelor spatiale pentru a elimina interferenta atmosferica in astronomie
- Lucrurile pe care inca nu le stim sau nu le intelegem asa cum trebuie
- Valoarea (sau lipsa ei) efectuarii unei astfel de activitati fundamentale
- Stereotipuri, caricaturi si idei preconcepute
Acest material poate fi folosit si ca imbogatire a materialului de curs cand se studiaza imprastierea luminii in atmosfera, sau ca baza pentru cercetarea elevilor a felului in care fizicienii determina distanta pana la stele sau cum se misca stelele in raport cu Pamantul.
Colaborarea cu departamentul de arta ar putea sa duca la niste reprezentari interesante ale supernovelor si imaginatia poate fi extinsa chiar si mai mult prin realizarea felului in care ar fi aratat Universul atunci cand a explodat o supernova foarte indepartata.
In sfarsit, copiii ar putea sa calculeze cat de departe se afla lumina de la o supernova fata de Pamant la momentul cand acesta din urma se forma, ori cand dinozaurii mai umblau inca pe Pamant, dand rezultatele (de exemplu) in multipli de distanta pana la Alfa Centauri.
Halina Stanley, Franta
Referinte
Jørgensen, UG (2006) Are there Earth-like planets around other stars? Science in School 2: 11-16. www.scienceinschool.org/2006/issue2/exoplanet
Landua R, Rau M (2008) The LHC – a step closer to the Big Bang. Science in School 10: 27-33. www.scienceinschool.org/2008/issue10/lhchow
Leibundgut B, Sollerman J (2001) A cosmological surprise: the Universe accelerates. Europhysics News 32(4): 4. www.eso.org/~bleibund/papers/EPN/epn.html
Levin J (2003) How the Universe Got Its Spots: Diary of a Finite Time in a Finite Space. New York, NY, USA: Anchor Books
Peebles J (2001) Making sense of modern cosmology. Scientific American 284: 44. www.sciam.com/article.cfm?id=making-sense-of-modern-co
Pierce-Price D (2006) Running one of the world’s largest telescopes. Science in School 1: 56-60. www.scienceinschool.org/2006/issue1/telescope
Székely P, Benedekfi O (2007) Fusion in the Universe: when a giant star dies…. Science in School 6: 64-68. www.scienceinschool.org/2007/issue6/fusion
Warmbein B (2007) Materia intunecata un pic mai stralucitoare. Science in School 5: 78-80. www.scienceinschool.org/2007/issue5/jennylist/romanian
Referinţe web
w1 – Pentru mai multe informatii despre colaborarea ESSENCE (Equation of State: SupErNovae trace Cosmic Expansion – in limba romana: Ecuatia de stare: supernovele urmaresc expansiunea cosmica) pentru a gasi supernove distribuite uniform in domeniul care se deplaseaza spre rosu, vedeti: www.ctio.noao.edu/wproject
w2 – Pentru mai multe informatii despre ESO (European Southern Observatory, in limba romana: Observatorul european sudic) si proiectele sale educationale, vizitati: www.eso.org/outreach/eduoff
w3 – Site-ul web al Observatorului Keck din Hawaii, SUA: www.keckobservatory.org
w4 – Site-ul web al Observatorului Gemini: www.gemini.edu
w5 – Site-ul web SNAP: http://snap.lbl.gov
w6 – Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP – in limba romana: Sonda Wilkinson pentru anizotropia microundelor) este o misiune NASA Explorer ce achizitioneaza o multitudine de date cosmologice precise. WMAP a produs prima harta a fondului de microunde a intregului cer. WMAP masoara radiatia de fond de microunde – lumina ramasa de la Big Bang, deplasata catre lungimi de unda in domeniul microundelor datorita dilatarii Universului. Pentru mai multe informatii despre WMAP, vedeti: http://map.gsfc.nasa.gov
Resurse
Pentru mai multe informatii despre Tamara si munca ei, vedeti pagina ei de web: www.dark-cosmology.dk/~tamarad/index.html
 |
 |
 |
