Η διχογνωμία των διπλών αστέρων με απομακρυσμένα μεταξύ τους μέλη – Α’ μέρος

(ή αλλιώς, στα αγγλικά, Wide Binaries)

Το θέμα της MOND (Modified Newtonian Dynamics, στα ελληνικά Τροποποιημένη Νευτώνεια Δυναμική Θεωρία) ήταν πάντοτε περίπλοκο. Θέλεις η τολμηρή αλλαγή στους νόμους του Νεύτωνα, που όλοι εμπιστευόμαστε από τα σχολικά μας χρόνια, θέλεις η αδυναμία της να συνδεθεί μαθηματικά με τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, θέλεις, ο γενικότερα, εναλλακτικός προσανατολισμός της, την έκανε ανέκαθεν λιγότερο ελκυστική στους επιστήμονες. Ακόμη και οι λίγοι αυτοί κατεργάρηδες, που κάθισαν και διάβασαν παλιές εργασίες 40 και ετών, για να καταλάβουν το τι μπορεί να συνεπάγεται ένας νόμος της Φύσης, μάλλον πήραν πιο πολλές ερωτήσεις παρά απαντήσεις…

Και που να δεις τι σου ‘χω για μετά! Ερευνητές προσπάθησαν να τεστάρουν τη θεωρία MOND με τα τελευταίας γενιάς δεδομένα, αυτά του Gaia, δορυφόρο της ESA (Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος). Και που κατέληξαν; Στο συμπέρασμα ότι δεν μπορείς να βγάλεις συμπέρασμα, μιας και διαφορετικές ομάδες, βρήκαν αντίθετα αποτελέσματα! Σκέψου να γίνει το ίδιο πείραμα στη Γη, προσπαθώντας να μετρήσεις πόσο μακριά θα φτάσει η ίδια μπάλα, αν σουτάρεις πάντα με την ίδια δύναμη και να έχουμε διαφορετικά αποτελέσματα! Είναι δυνατόν; Ποιος κάνει λάθος και γιατί; Ας προσπαθήσουμε μαζί να ξετυλίξουμε το κουβάρι μιας εναλλακτικής θεωρίας βαρύτητας!

Βασικά, τι είναι η MOND; Είναι ένας φυσικός νόμος, όπως αυτοί του Νεύτωνα. Μαθηματικά, η MOND είναι ένας τύπος για να υπολογίσεις τη μάζα ενός Γαλαξία. “Κανονικά”, τη μάζα* οποιουδήποτε γαλαξία στο σύμπαν, την υπολογίζεις χρησιμοποιώντας τους νόμους του Νεύτωνα. Χρησιμοποιώντας όμως την κλασσική Νευτώνεια Θεωρία, το διάσημο δηλαδή F = m α (F = Force = δύναμη [N], m = mass = μάζα [kg], α = acceleration = επιτάχυνση [m/s²]), η περιστροφή του γαλαξία δε δίνει σωστά αποτελέσματα! Αν υποθέσουμε ότι ο “Νεύτωνας περιγράφει την περιστροφική κίνηση των Γαλαξιών”, τότε χρειαζόμαστε ένα επιπλέον στοιχείο, τη σκοτεινή ύλη, αλλά αυτό είναι άλλη ιστορία… 

Σε διαφορετική περίπτωση όμως, χωρίς υποθετικά σωματίδια “σκοτεινής ύλης”, μπορούμε να επιχειρήσουμε να “ζυγίσουμε” τους γαλαξίες υποθέτοντας τη MOND θεωρία, δηλαδή το

F = mα²/α₀, όπου α₀ είναι η σταθερά του Μίλγκρομ**.

Να ξεκαθαρίσουμε ότι δεν μπορείς να εφαρμόσεις και τις δύο εξισώσεις την ίδια στιγμή. Είτε θα δουλέψεις με τον Νεύτωνα και θα αναγκαστείς να υποθέσεις ότι υπάρχει σκοτεινή ύλη γύρω από τους Γαλαξίες, είτε θα δουλέψεις με τον Ισραηλινό, εν ζωή, καθηγητή Μίλγκρομ, οπότε θα αλλάξεις (τροποποιήσεις) τη βαρύτητα και θα υπολογίσεις τη μάζα του εκάστοτε γαλαξία με διαφορετικό τρόπο. Και όχι, δε βγάζουν και οι δύο τρόποι το ίδιο αποτέλεσμα… 

Όπως και να έχει, πάμε τώρα στο κύριο θέμα του άρθρου! Οι διπλοί αστέρες και η MOND έγιναν viral! Τι είναι οι διπλοί αστέρες; Αρκετά αστέρια φαίνεται να ζούνε και να πηγαίνουνε παντού σαν τους Χιώτες, δυο-δυο! Ένας διπλός αστέρας είναι ότι λέει η λέξη, δύο αστέρια κοντά το ένα με το άλλο, ώστε να αλληλεπιδρούν βαρυτικά, και τα οποία περιστρέφονται συνεχώς γύρω από το κέντρο μάζας τους***. Φυσικά, υπάρχουν άλλα παραδείγματα, όπως πρωτίστως ο Ήλιος μας, το πιο κοντινό από τη Γη αστέρι, που είναι μονός αστέρας. Ο κοντινότερος διπλός αστέρας από τη Γη είναι ο Άλφα του Κενταύρου. Οι διπλοί αστέρες είναι κάτι κοινό στο σύμπαν, όπως και οι τριπλοί και οι τετραπλοί! Ένας διπλός αστέρας, αν ζούσαμε σε έναν πλανήτη γύρω του, θα δημιουργούσε διπλές ανατολές και διπλά ηλιοβασιλέματα, όπως έχουμε δει στο Star Wars!!

Πώς “παίρνουν” οι επιστήμονες δεδομένα αστεριών (μάζα, θερμοκρασία, απόσταση κ.α.); Με τα δικά τους εργαλεία, τα τηλεσκόπια, που τα στέλνουν στο διάστημα, για να παρατηρούν τον έξω κόσμο, χωρίς να τους απασχολεί αν είναι μέρα ή νύχτα, αν βρέχει ή έχει ξαστεριά, αν είναι χειμώνας ή καλοκαίρι. Το διαστημικό τηλεσκόπιο Gaia, λοιπόν, έκανε κάτι φανταστικό. Παρατήρησε πάνω από 1 δισεκατομμύριο αστέρια στον δικό μας Γαλαξία! Με αναλυτικούς υπολογισμούς, έφτιαξε έναν τρισδιάστατο χάρτη του Milky Way! Ουάου! 

Ορισμένα από αυτά, λοιπόν, είναι διπλά αστέρια. Πόσα; Πολλά! Δεν μπορούμε να είμαστε σίγουροι πόσα ακριβώς. Γιατί; Γιατί κάποια είναι πολύ μακριά από μας ή είναι σε τέτοια γωνία που ίσως τα μέλη τους είναι κρυμμένα. Σκεφτείτε για παράδειγμα, μια εικόνα που δεν μπορείτε να κάνετε περαιτέρω ζουμ ή έναν κοντό άνθρωπο, που “κρύβεται” πίσω από έναν ψηλότερο. Επομένως, μεγάλο μέρος της αβεβαιότητας του διαστημικού αυτού πειράματος έρχεται από τον ακριβή προσανατολισμό του επιπέδου που περιστρέφεται ο διπλός αστέρας αλλά και την ελλειπτικότητα της τροχιάς του.

Μα που κολλάνε τελικά οι διπλοί αστέρες; Πριν από 10 χρόνια, που λέτε, επιστήμονες στο Μεξικό, πρότειναν το εξής πείραμα: Αν ποτέ μπορέσουμε να δούμε διπλούς αστέρες με ιδιαίτερα χαρακτηριστικά (απόσταση μεταξύ των μελών τους, μάζες των αστεριών και σχετικές επιταχύνσεις πολύ πολύ χαμηλές), τότε θα είμαστε σε θέση να εξετάσουμε τη βαρυτική θεωρία MOND. Αχααα! Να που το “ποτέ” έγινε πραγματικότητα, αφού η εξέλιξη της τεχνολογίας μας έδωσε αυτήν τη δυνατότητα.

Τι βρήκαν τελικά οι ερευνητές; Δείτε το στο 2ο μέρος!

*Θα ήταν χρήσιμο να υπενθυμίσουμε τις διαφορές μάζας και βάρους. Η μάζα είναι το μέτρο της αδράνειας (μέτρο αντίστασης στην κίνηση) όπως μάθαμε στο γυμνάσιο, και παντού στο Σύμπαν είναι η ίδια. Πιο απλά, μπορούμε να πούμε ότι η μάζα είναι το “πόσο” ύλη έχει μέσα ένα σώμα. Η μάζα ενός αστεριού, μίας πατάτας, ενός αυτοκινήτου, ενός μυρμηγκιού ή ενός ουρανοξύστη είναι αναλλοίωτη και μετριέται σε κιλά [kilogram, kg]. 
Το βάρος όμως είναι η δύναμη με την οποία τα σώματα έλκονται. Γι’ αυτό και το βάρος αλλάζει, αν ζυγιστώ στην κορυφή του Έβερεστ ή στο φεγγάρι. Η μονάδα μέτρησης του βάρους είναι το Νιούτον [Newton, N].

** Να σημειώσουμε ότι η MOND διαφέρει από τη Νευτώνεια Θεωρία μόνο σε χαμηλές επιταχύνσεις α, όπου α<< α₀=1.2 10^-10 m/s² και τελικώς παίρνει την παραπάνω μορφή. Αστέρια, διπλοί αστέρες, σμήνη αστεριών και γαλαξίες φτάνουν σε αυτές τις χαμηλές κλίμακες όταν περιστρέφονται. 
Παρατηρείστε ότι 10^-10 m/s² = 0.0000000001 m/s² . Το σύμβολο  “<< ” σημαίνει πολύ πολύ πολύ μικρότερο από. Πχ. 0.000000000001 << 5. Πάντως, μικρή επιτάχυνση δε σημαίνει απαραίτητα και μικρή ταχύτητα. Μπορώ να “γκαζώνω”  την αμαξάρα μου στα 150 χλμ/ώρα, χωρίς να επιταχύνω αισθητά. Η επιτάχυνση είναι ο ρυθμός μεταβολής της ταχύτητας (α = dv/dt [m/s²]  ). Όταν ο οδηγός του λεωφορείου πατάει το γκάζι στο φανάρι, ενώ το όχημα ήταν σταματημένο, τότε επιταχύνεται και αναπτύσσει μία ταχύτητα.

*** Tο κέντρο μάζας ενός διπλού αστέρα δεν είναι και απαραίτητα το μέσο της απόστασης των δύο αστεριών. Στις περισσότερες περιπτώσεις συμπίπτει με το κέντρο βάρους του.