Εντυπωσιακά συμπεράσματα νέων επιστημονικών ερευνών, στους τομείς της αστροφυσικής, της αστρονομίας, της κοσμολογίας, της οργανικής χημείας και άλλων συναφών ειδικοτήτων.
Οι “Μαύρες Τρύπες” θεωρούνται πλέον ως οι πηγές προέλευσης της Ζωής, ήδη από την εμφάνισή τους μερικά εκατομμύρια χρόνια μετά την ανάδυση του Σύμπαντος (Big Bang) !!
Έως πρόσφατα, γνωρίζαμε – μεταξύ άλλων – ότι:
- οργανικά μόρια εντοπίζονται σε πλανήτες και δορυφόρους πλανητών (στην ατμόσφαιρα, σε επιφανειακές και υπόγειες λίμνες, στο υπέδαφος), σε κομήτες, αστεροειδείς και μετεωρίτες
- οι “μαύρες τρύπες” στο κέντρο γαλαξιών (από κοινού με την γαλαξιακή και διαγαλαξιακή “σκοτεινή ύλη”) συγκρατούν τα άστρα των γαλαξιών στις τροχιές τους (και τους γαλαξίες στις ομάδες γαλαξιών), “καταβροχθίζουν” κοντινά τους άστρα και νέφη αερίων και σκόνης, ενώ από το υπέρθερμο πλάσμα του στροβιλιζόμενου δακτυλίου που “απομυζούν”, συχνά εκπέμπονται πίδακες (jets) κάθετα στο επίπεδο στροβιλισμού σε τεράστιες αποστάσεις.
Τώρα γνωρίζουμε επιπλέον ότι:
- Οι “Μαύρες Τρύπες”, μέσω των jet υπέρθερμου πλάσματος που εξακοντίζουν από το στροβιλιζόμενο νέφος αερίων και σκόνης που τις περιβάλει, τα οποία εκπέμπονται κάθετα στο επίπεδο στροβιλισμού (Εικόνα 1) και στις δύο κατευθύνσεις, διαχέουν στον περιβάλλοντα διαστρικό χώρο και σε αποστάσεις χιλιάδων ετών φωτός (Εικόνα 2), βαρύτερα στοιχεία όπως: Θείο, Μαγνήσιο, Πυρίτιο, Σίδηρο (Εικόνα 3α), πέρα από τα ήδη υπάρχοντα εξ’ αρχής (Υδρογόνο, Ήλιο), και από άλλα που επίσης προέκυψαν από εκρήξεις supernova (Οξυγόνο, Άνθρακας, Άζωτο κλπ).
- Αυτές οι εκπομπές βαρέων στοιχείων συμβαίνουν διαρκώς από την εμφάνιση των πρώτων υπερκαινοφανών (supernova) και των πρώτων μαύρων τρυπών (black holes) έως σήμερα, ήτοι επί 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια. Μάλιστα αυτό το φαινόμενο ήταν σημαντικά εντονότερο στα πρώτα δισεκατομμύρια χρόνια από το Big Bang, δεδομένου ότι τότε το Σύμπαν είχε πολύ μικρότερες διαστάσεις, η διάχυτη ύλη ήταν πυκνότερη, τα πρώτα άστρα και μαύρες τρύπες ήταν γιγάντια σε σχέση με νεότερα. Ως αποτέλεσμα, η διάχυση και διασπορά βαρέων πυρήνων γίνεται σταδιακά ομογενής (Εικόνα 3β). Με άλλα λόγια, ΠΑΝΤΟΥ στο ΣΥΜΠΑΝ επί 13,4 δισεκατομμύρια χρόνια, υπάρχουν ομοιόμορφα κατανεμημένα τα απαραίτητα δομικά στοιχεία ανόργανης ύλης, για δημιουργία οργανικών μορίων!!!
- Συμβαίνει μάλιστα πρόσθετη ενίσχυση της δημιουργίας ογκωδών σωμάτων (βράχοι, πάγος), όπου ενσωματώνονται οι εκπεμπόμενοι βαρύτεροι πυρήνες ως δομικά στοιχεία οργανικής ύλης. Διότι οι πίδακες πλάσματος που εκτοξεύονται από μαύρες τρύπες “αραιώνουν” και θερμαίνουν τα νέφη αερίων και σκόνης σε έκταση χιλιάδων ετών φωτός, με συνέπεια να ευνοείται η σύνθεση οργανικών μορίων από ανόργανα συστατικά (Εικόνα 7).
- Αυτά λοιπόν τα οργανικά μόρια άρχισαν εξ’ αρχής να δημιουργούνται όπου υπήρχαν οι κατάλληλες συνθήκες (π.χ. Υδρογόνο-Οξυγόνο-Νερό-Θερμοκρασία και τα απαιτούμενα βαρύτερα στοιχεία), ήτοι σχεδόν σε όλα τα μεγάλα βραχώδη σώματα, όπως στην επιφάνεια πρωτο-πλανητών και των δορυφόρων τους, στο θερμό εσωτερικό παγωμένων αστεροειδών, αλλά και στην ατμόσφαιρα των μεγάλων αέριων πλανητών (Εικόνα4).
- Αυτή η μακρά φυσική διαδικασία μέσω εναλλαγών ξηρασίας – βροχής – θερμοκρασίας (Εικόνα 5) επιβεβαιώθηκε εργαστηριακά σε σχετική προσομοίωση των κοσμικών συνθηκών (Εικόνες 6α, 6β) στα εργαστήρια οργανικής χημείας του Πανεπιστημίου Ludwig-Maximilian του Μονάχου, όπου επιτεύχθηκε η σύνθεση οργανικών μορίων από ανόργανα στοιχεία και η εμφάνιση των δoμικών στοιχείων του γενετικού κώδικα, ήτοι Uracil, Cytocine, Adenine, Guanine!
- Τα ανωτέρω έχουν διαπιστωθεί από πλήθος ερευνητών, τηλεσκοπίων κάθε είδους (οπτικά, υπέρυθρα, X-ray, ραδιοτηλεσκόπια), προσομοιώσεων και εργαστηριακών πειραμάτων σε όλες τις τεχνολογικά ανεπτυγμένες χώρες, όπως εκτίθεται συνοπτικά στο ιστορικό που ακολουθεί.
Συμπέρασμα:
Τα ανόργανα και οργανικά δομικά στοιχεία της Ζωής, υπάρχουν σε ολόκληρο το Σύμπαν, από 13 δισεκατομμύρια χρόνια, ομογενώς κατανεμημένα πλέον σε όλη του την έκταση!
Η Ζωή επομένως, δεν είναι κάτι ασυνήθιστο και σπάνιο, δεν περιορίζεται στη Γή ή σε κάποιους λίγους ομοειδείς πλανήτες, αλλά είναι ο κανόνας στο Σύμπαν, στο σύνολο του Χώρου και του Χρόνου που αυτό καταλαμβάνει. Η σύνθεση οργανικής από ανόργανη ύλη συμβαίνει αυθόρμητα και αυτοτελώς, με την ισχύ φυσικού νόμου, κοσμικής νομοτέλειας, χωρίς την παρέμβαση κάποιου “Θεού” ή “Δημιουργού”. Η εμφάνιση σύνθετων οργανικών μορίων, ενώσεων και οργανισμών είναι μια απολύτως φυσική διαδικασία, που διέπεται από τους φυσικούς νόμους και τις φυσικές δυνάμεις, ιδιαίτερα σε ζώνες ευνοϊκών συνθηκών (κατοικήσιμες ζώνες – habitable zones).
Οι μεταλλάξεις και η επιβίωση των ειδών που προκύπτουν, ανάλογα με τις συνθήκες του εκάστοτε περιβάλλοντος, ακολουθούν τους νόμους της Εξέλιξης και της Φυσικής Επιλογής.
Συνοπτική παρουσίαση των πρόσφατων εξελίξεων:
- Το 2017, με πρωτοβουλία του Heino Falcke, Καθηγητή στο Πανεπιστήμιο Radboud στο Nijmegen της Ολλανδίας, γίνεται παγκόσμια διασύνδεση πολλών τηλεσκοπίων σε όλες τις περιοχές της Γης, τα οποία 5 μερόνυχτα στοχεύουν την περιοχή του γαλαξία Μ87 στον αστερισμό της Παρθένου (Virgo Cluster) και – συντονισμένα με ατομικά ρολόγια – καταγράφουν σε δίσκους ΗΥ εικόνες από την εικαζόμενη θέση μεγάλης μαύρης τρύπας. Ανάμεσα σε αυτά και τα μεγαλύτερα επίγεια τηλεσκόπια, το ιαπωνικό οπτικό Subaru (= Πλειάδες) 8,3 m στο Mauna Kea – Hawaii, το ραδιοτηλεσκόπιο 100 m του Max-Plank Institute στο Effelsberg της Βόννης, καθώς και η μεγάλη διάταξη 66 ραδιοτηλεσκοπίων ALMA στην Atacama Desert Chile. Ο συνδυασμός των τηλεσκοπίων αποσκοπεί στην αύξηση της διακριτικής ικανότητας ενός εικονικού τηλεσκοπίου, του οποίου το ισοδύναμο άνοιγμα είναι 13.000 Χλμ, όσο το μέγεθος της Γης (Εικόνα 8γ). Έτσι το 2019 επιτυγχάνεται για πρώτη φορά φωτογράφηση της τεράστιας μαύρης τρύπας του γαλαξία Μ87 (Εικόνα 8α). Λόγω της κλίσης του στροβιλιζόμενου δακτυλίου της (ντόνατ), το κάτω μέρος στη φωτό είναι εντονότερα φωτισμένο, γιατί αντιστοιχεί σε πλάσμα που κινείται προς εμάς και λάμπει σαν προβολέας, εν αντιθέσει προς το επάνω που απομακρύνεται. Η θερμοκρασία του φθάνει τα 100 δισεκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Η επεξεργασία των 3.000 terrabytes δεδομένων που συγκεντρώθηκαν, διαρκεί επί 2 χρόνια σε 3 ανεξάρτητες ομάδες σε Ευρώπη, ΗΠΑ και Ιαπωνία, που καταλήγουν στα ίδια αποτελέσματα “καθαρής εικόνας”, μιας γιγάντιας μαύρης τρύπας με μάζα 6,5 δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του δικού μας ήλιου!
- Το 2020, το βραβείο Νόμπελ Φυσικής απονεμήθηκε εν μέρει στους Reinhard Genzel και Andrea Ghez, για τον εντοπισμό της μεγάλης μαύρης τρύπας στο κέντρο του γαλαξία μας. Για τον εντοπισμό των μαύρων τρυπών, που δεν φαίνονται άμεσα σε οπτικά τηλεσκόπια, αξιοποιούνται οι τροχιές των γειτονικών τους άστρων, οι οποίες αποτελούν έμμεση ένδειξη της ύπαρξής τους (Εικόνα 8β).
- Το οπτικό-υπέρυθρο τηλεσκόπιο Subaru, σε υψόμετρο 4.000 μ στη Χαβάη, μπορεί να διακρίνει το φως από τις πλέον απομακρυσμένες πηγές στο Σύμπαν, σε απόσταση 13 δισεκατομμυρίων ετών φωτός, με άλλα λόγια “βλέπει” τις στιγμές της εμφάνισης του Σύμπαντος λίγο μετά το Big Bang. Ίσως δεν είναι ευρύτερα γνωστό, αλλά τα τηλεσκόπια ισοδυναμούν με “μηχανές που ταξιδεύουν πίσω στο χρόνο”, αφού το φως που φθάνει σε αυτά χρειάστηκε έως και 13 δισ χρόνια για να φθάσει σήμερα σε μάς! Με το Subaru λοιπόν ερευνούν επιστήμονες όπως ο Yoshiki Matsuoka το φως που εκπέμπουν οι Κβάζαρ, από τα πλέον φωτεινά σώματα, από τις εσχατιές του Σύμπαντος. Αντίστοιχη έρευνα γίνεται από τον Eduardo Banados του ALMA Project στην Atacama Desert Chile, που εντόπισε τον αρχαιότερο και πλέον απομακρυσμένο κβάζαρ, που εκπέμπει επίσης πίδακες (plasma jets).
- Ως συνέπεια της μεγάλης απόστασής τους και της συνεπαγόμενης μεγάλης ταχύτητας απομάκρυνσής τους από εμάς (λόγω της επιταχυνόμενης διαστολής του χώρου), οι κβάζαρ έχουν κοκκινωπό χρώμα και συχνά συγχέονται με γερασμένα άστρα (ερυθρούς γίγαντες) σε μικρότερες αποστάσεις από εμάς. Πίσω από κάθε κβάζαρ “κρύβεται” μιά αρχέγονη θηριώδης μαύρη τρύπα. Ο εντοπισμός κβάζαρ & μαύρης τρύπας σε αποστάσεις της περιόδου Big Bang είναι πολύ επίπονος. Η πρώτη αρχέγονη μαύρη τρύπα που εντοπίστηκε εκτιμάται ότι εκπέμπει ενέργεια 10.000 φορές μεγαλύτερη από τη γιγάντια μαύρη τρύπα του γαλαξία Μ87 που προαναφέρθηκε! Ήδη έχουν εντοπιστεί πάνω από 100 παρόμοια αρχέγονα σώματα στα όρια του (ορατού) Σύμπαντος. Όλοι οι επιστήμονες που ερευνούν παρόμοιους κβάζαρ και γιγάντιες μαύρες τρύπες, συμφωνούν ότι αυτά τα σώματα έπαιζαν πάντα καίριο ρόλο στην εμφάνιση και εξέλιξη της Ζωής στο Σύμπαν. Χωρίς αυτούς του “κοσμικούς κινητήρες” πιθανότατα δεν θα υπήρχε ζωή.
- Σε ανάλογα συμπεράσματα οδηγήθηκε και η έρευνα της Aurora Simionescu, στο SRON Institute for Space Research, Utrecht στην Ολλανδία, η οποία ανακάλυψε κάτι που αλλάζει άρδην τα δεδομένα. Μελέτησε την κατανομή στοιχείων που είχαν διαχυθεί στο διάστημα κατά τις εκρήξεις υπερκαινοφανών αστέρων με το X-Ray διαστημικό τηλεσκόπιο Susaku, τόσο στην περιοχή της μαύρης τρύπας στον γαλαξία Μ87, όσο και σε πολύ μεγαλύτερες διαγαλαξιακές περιοχές, με έμφαση στους βαρύτερους πυρήνες Πυρίτιου, Μαγνήσιου, Θείου και Σιδήρου, στοιχείων που είναι ιδιαίτερα σημαντικά για την εμφάνιση της ζωής και η ύπαρξή τους ανάγεται στα αρχικά στάδια εξέλιξης του σύμπαντος, πριν 10-12 δισεκατομ. χρόνια, όταν το Σύμπαν είχε μικρότερες διαστάσεις, πυκνότερη δομή και μεγάλη συχνότητα εκρήξεων μεγάλων αστέρων και δημιουργίας μαύρων τρυπών.
- Με έκπληξη διαπίστωσε ότι, στα κέντρα των γαλαξιών, όσο και σε “αραιοκατοικημένες” περιοχές από αστέρια, τα εν λόγω 4 στοιχεία υπήρχαν παντού με την ίδια κατανομή! Γενικότερα, τα απαραίτητα για τη ζωή στοιχεία, τόσο στο ηλιακό μας σύστημα ή στο γαλαξία μας, όσο και σε όλη την έκταση του διαστήματος υπάρχουν παντού και είναι ομογενώς κατανεμημένα. Συνεπώς, η δυνατότητα εμφάνισης και εξέλιξης ζωής προκύπτει ίδια σε όλη την έκταση και τη διαχρονική εξέλιξη του Σύμπαντος, χωρίς το ηλιακό μας σύστημα ή ο γαλαξίας μας να διαθέτουν κάποιες προνομιακές ιδιότητες. Πέραν του χρόνου που χρειάστηκε για αυτή την ομογενοποίηση, ο μόνος “κοσμικός μηχανισμός” που θεωρείται ικανός να προκαλεί τέτοιου μεγέθους και έκτασης “ανάδευση” είναι οι πίδακες πλάσματος που εκτινάσσονται από τις μαύρες τρύπες σε αποστάσεις εκατομμυρίων ετών φωτός (Εικόνα 7), αφενός μεν μεταφέροντας τα δομικά στοιχεία και αφετέρου θερμαίνοντας τα νέφη αερίου και σκόνης σε περιοχές πέραν της μαύρης τρύπας. Έτσι περιορίζεται μεν η αστρογένεση, δεδομένου ότι νέα άστρα γεννιούνται από τη βαρύτητα σε περιοχές που υπάρχουν “ψυχρά” νέφη αερίου και σκόνης, αλλά ευνοείται η διασπορά ανόργανων στοιχείων και η σύνθεση οργανικών μορίων από ανόργανα συστατικά εντός βράχων και πάγου που συνενώνονται σε κομήτες, αστεροειδείς και μετεωρίτες (Εικόνα 4).
- Τη διαχρονική εξέλιξη του Σύμπαντος και το ρόλο που παίζουν οι μαύρες τρύπες, ερευνά με λεπτομερείς προσομοιώσεις σε μεγάλους υπερυπολογιστές και ο καθηγητής Volker Springel στο Max Plank Institut fuer Astrophysik στο Μόναχο. Διαδικασίες που στη φύση διήρκεσαν δισεκατομμύρια χρόνια, προσομοιώνονται μέσα σε λίγα λεπτά στους υπερυπολογιστές, οι οποίοι λειτουργούν ως εικονικές χρονομηχανές. Η προσομοίωση ξεκινά 400 εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang και καλύπτει τα 13 δισεκατομμύρια χρόνια μέχρι σήμερα (Εικόνα 9β). Η φάση εκρήξεων supernova, εκτίναξης jets από μαύρες τρύπες, υπερθέρμανσης, περιορισμού αστρογένεσης και έντασης της διασποράς και της ομογενοποίησης ανόργανων στοιχείων εντοπίζεται μεταξύ 3 και 8 δισεκατομμυρίων ετών μετά το Big Bang. Στη συνέχεια “καταλαγιάζει” η εκρηκτική περίοδος, ψύχεται ο διαστρικός χώρος, συνεχίζεται ο σχηματισμός αστέρων και γαλαξιών εν μέσω της σκοτεινής ύλης, καθώς και η επιτάχυνση της διαστολής (του χώρου) του Σύμπαντος (σκοτεινή ενέργεια). Η προσομοίωση παρακολουθεί την διασπορά και κατανομή των βασικών στοιχείων της ζωής (οξυγόνο, άζωτο, άνθρακας, σίδηρος, ασβέστιο, φώσφορος, θείο κλπ) και τη μεταφορά τους από θερμά αέρια, καθώς και τη δημιουργία ζωνών χαμηλής ακτινοβολίας στους γαλαξίες, όπου ευνοείται η ανάπτυξη ζωής από ανόργανα και οργανικά μόρια. Σε μια τέτοια γαλαξιακή “κατοικήσιμη” ζώνη (galaktische habitable zone) βρίσκεται και το ηλιακό μας σύστημα.
- Την περιοχή αυτή του γαλαξία μας και τη μαύρη τρύπα στο κέντρο του, μελετά και η ομάδα των καθηγητών Anton Zensus και Michael Kramer, με το ραδιοτηλεσκόπιο 100 m του Max-Plank Institute στο Effelsberg της Βόννης (Εικόνες 8α, 8β), το οποίο συμμετείχε στο διεθνές πρόγραμμα Event Horizon Telescope, του εικονικού τηλεσκοπίου που εντόπισε και φωτογράφησε τη μαύρη τρύπα στον γαλαξία Μ87. Και εδώ επιβεβαιώνεται αλληλεξάρτηση μεγάλων μαύρων τρυπών και γαλαξιών, όπου το ένα δεν θα υπήρχε χωρίς το άλλο, καθώς και η προέλευση της ζωής από τον συνδυασμό τους. Στη Γη, η περίοδος εμπλουτισμού της επιφάνειας του πλανήτη με νερό, βαρύτερους πυρήνες και οργανικά μόρια εντοπίζεται στα 4 δισεκατομμύρια χρόνια πριν σήμερα, κατά το “μεγάλο βομβαρδισμό” της από κομήτες και μετεωρίτες.
- Τη σκυτάλη πειραματικής επιβεβαίωσης του μηχανισμού σύνθεσης οργανικής ύλης από ανόργανα συστατικά και απλά οργανικά μόρια, τόσο στο διαστρικό χώρο όσο και στη Γη μετά τον “μεγάλο βομβαρδισμό”, ανέλαβε το εργαστήριο οργανικής χημείας του καθηγητή Thomas Carell στο Πανεπιστήμιο Ludwig-Maximilian του Μονάχου. Η έρευνα αφορά και στην ανίχνευση των συνθηκών δημιουργίας του γενετικού υλικού. Βασική διαπίστωση είναι ότι η διαδικασία συντελείται με την ισχύ φυσικού νόμου, κάτω από αρκετές, αλλά απλές και συνήθεις προϋποθέσεις, όπως: ύπαρξη νερού, απλών οργανικών μορίων, όπως αυτά που μετέφεραν μετεωρίτες στη Γη, εναλλασσόμενοι κύκλοι ξηρασίας (στο έδαφος) και υγρασίας (βροχή), θερμότητα π.χ. σε ηφαιστειακό έδαφος (ηφαιστειακές λίμνες) και φάση εξάτμισης. Στο εργαστηριακό πείραμα γίνεται προσομοίωση των συνθηκών που επικρατούσαν στη Γη πριν 4 δισεκατομμύρια χρόνια (Εικόνα 5), σε μια διάταξη επικοινωνούντων δοκιμαστικών δοχείων με τα κατάλληλα συστατικά, όπου προσομοιώνονται 3 κύκλοι ξηρασίας – υγρασίας θερμοκρασίας (Εικόνα 6). Στο τέλος του πειράματος προκύπτουν αυθόρμητα σύνθετες οργανικές ενώσεις. Στο φασματοσκόπιο μάζας διαπιστώνεται ότι μεταξύ τους βρίσκονται και τα βασικά δομικά στοιχεία του γενετικού κώδικα στο RNA, ήτοι Uracil, Cytocine, Adenine, Guanine!! Οι φυσικές διεργασίες, γεωλογικές, ατμοσφαιρικές – κλιματικές κλπ που χρειάστηκαν εκατομμύρια χρόνια για να καταλήξουν στο RNA, στην “χημική κουζίνα” του εργαστηρίου επιβεβαιώνονται μέσα σε λίγες μέρες. Ο λόγος; Ο σχηματισμός του RNA είναι ενδογενώς αυθόρμητος και προνομιακός από τη φύση του!!
Κωνσταντίνος Ανδρέα Μαρκάκης
Ηλεκ/γος – Μηχ/γος Μηχανικός
ΕΜΠ Αθήνα, TU hannover
Πηγές:
- Gert Scobel, “Schwarze Loecher – Ursprung des Lebens”, ZDF-Info
- Heino Falcke, Professor f. Radioastronomie & Astroteilchenphysic, Radboud Universitaet Nimwegen
- Volker Springel, Professor f. Theoretische Astrophysik, Max Plank Institut f. Astrophysik
- Anton Zensus, Professor f. Astrophysik, Max-Plank Institut, Radiotelescope Effelsberg Bonn
- Michael Kramer, Professor f. Astrophysik, Max-Plank Institut, Radiotelescope Effelsberg Bonn
- Thomas Carell, Professor f. Organische Chemie, Ludwig Maximilians Universitaet Muenchen
- Aurora Simionescu, Astrophysikerin, Niederlaendisches Institut f. Weltraumforschung
- Yoshiki Matsuoka, Astronom (Subaru Telescope, Mauna Kea Hawaii)
- Eduardo Banados, Astrophysiker (Las Kampanas Observatorium, ALMA Project, Atacama Chile)
