Μήνας: Οκτώβριος 2013

Μια αψίδα φωτιάς, αρκετά μεγάλη για να δρασκελίσει την απόσταση Γης-Σελήνης, σκίζει την ατμόσφαιρα του Ήλιου και τινάζεται στο διάστημα. Η ΝASA δημοσιοποίησε το θεαματικό βίντεο μιας έκρηξης που θα έκανε τη Γη να μοιάζει μυγάκι στον άνεμο.

Ο Ήλιος δεν αποτελείται βέβαια από φωτιά αλλά από πλάσμα: αέριο τόσο καυτό ώστε τα ηλεκτρόνια αποσπώνται από τα άτομά του. Η κίνηση αυτών των φορτισμένων σωματιδίων δημιουργεί μαγνητικά πεδία, τα οποία παρασύρουν το διάπυρο υλικό και σχηματίζουν πίδακες, βρόχους και συστραμμένες γραμμές που τελικά εκρήγνυνται βίαια.

Ερευνητές στο Κέντρο Διαστημικής Πτήσης Goddard της NASA δημιούργησαν το βίντεο συνδυάζοντας παρατηρήσεις που καλύπτουν διάστημα δύο ημερών στις 29 και 30 Σεπτεμβρίου.

Το βίντεο ξεκινά με την απότομη εμφάνιση ενός νήματος πλάσματος που υψώνεται σαν τόξο πάνω από το ηλιακό στέμμα -την ατμόσφαιρα του άστρου- και έχει μήκος 320.000 χιλιόμετρα, περίπου όσο η απόσταση Γης-Σελήνης. Συγκριτικά, η Γη έχει διάμετρο μικρότερη από 13.000 χιλιόμετρα, κάτι που σημαίνει ότι η αψίδα έχει άνοιγμα όσο 23 πλανήτες αυτού του μεγέθους.

Η αψίδα τελικά εκρήγνυνται και το πλάσμα που συγκρατούσε εκτινάσσεται προς τα έξω. Στο στέμμα όμως εμφανίζεται ένα αποτύπωμα κάτω από την αψίδα, ένας σχηματισμός που η NASA περιγράφει ως «φαράγγι φωτιάς». Το φαράγγι αυτό είναι στην πραγματικότητα τα αποτυπώματα των γραμμών του μαγνητικού πεδίου, οι οποίες επεκτείνονται καθώς το νήμα τις τραβάει προς τα πάνω.

Τα δεδομένα του βίντεο προήλθαν από το Παρατηρητήριο Ηλιακής Δυναμικής (SDO) ένα διαστημικό όργανο που κρατά τα μάτια του μονίμως στραμμένα στον Ήλιο και τον παρατηρεί σε πολλά μήκη κύματος.

Οι κόκκινες αποχρώσεις στις εικόνες αντιστοιχούν σε πλάσμα θερμοκρασίας γύρω στους 50.000 βαθμούς Κελσίου και, όπως εξηγεί η NASA, είναι χρήσιμες για την παρατήρηση τέτοιου είδους νημάτων. Τα κίτρινα μπαλώματα δείχνουν υλικό που κινείται κατά μήκος των μαγνητικών γραμμών σε θερμοκρασία 500.000 βαθμών Κελσίου.

Οι καφετί εικόνες στην αρχή του βίντεο δείχνουν θερμοκρασίες 1 εκατ. βαθμών Κελσίου και αντιστοιχούν στα μήκη κύματος στα οποία εμφανίζεται πιο έντονο το «φαράγγι φωτιάς».

Επιμέλεια: Βαγγέλης Πρατικάκης

Έναν βασικό κυτταρικό μηχανισμό αποκάλυψαν οι τρεις επιστήμονες που μοιράζονται το εφετινό Βραβείο Νομπέλ Ιατρικής: τον μηχανισμό εκείνον που επιτρέπει την μεταφορά συγκεκριμένων μορίων σε συγκεκριμένα σημεία και στην κατάλληλη χρονική στιγμή.

Για να αντιληφθεί κανείς το πόσο ζωτικής σημασίας είναι ο μηχανισμός που ανακάλυψαν οι Τζέιμς Ρόθμαν (James E. Rothman), Ράντι Σέκμαν (Randy W. Schekman) και Τόμας Σίντοφ  (Thomas C. Südhof) αρκεί να πούμε ότι σχετίζεται με διεργασίες όπως η απελευθέρωση της ινσουλίνης στο αίμα ή η επικοινωνία νευρικών κυττάρων.

Κυτταρικός τροχονόμος Και ενώ η αναγκαιότητα της ύπαρξης ενός μηχανισμού με ρόλο τροχονόμου στο κύτταρο ήταν σαφής, μέχρι τη δεκαετία του 1970, οι επιστήμονες δεν γνώριζαν και πολλά γι αυτόν. Ετσι, ο Ράντι Σέκμαν αποφάσισε να εργαστεί με μύκητες προκειμένου να αναζητήσει σε αυτό το απλό σύστημα την γενετική βάση του μηχανισμού.  Εντοπίζοντας μεταλλάξεις οι οποίες είχαν σαν αποτέλεσμα την παρεμπόδιση του ενδοκυτταρικού μηχανισμού μεταφοράς μορίων, ο αμερικανός επιστήμονας πέτυχε να αποκαλύψεις τις τρεις ομάδες γονιδίων που απαιτούνται για την ρύθμισή του.

Ο μηχανισμός μεταφοράς μορίων από το ένα σημείο του κυττάρου στο άλλο καθώς και η απελευθέρωση των μορίων σε καλά καθορισμένα σημεία περιλαμβάνει κατ αρχάς τον σχηματισμό κυστιδίων, δομών που μοιάζουν με φούσκες και οι οποίες περικλείουν τα προς μεταφορά μόρια. Στην δεκαετία του 80, ο επίσης αμερικανός Τζέιμς Ρόθμαν εργαζόμενος με κύτταρα θηλαστικών κατέδειξε ότι τα κυστίδια προσδένονται σε συγκεκριμένα σημεία στη μεμβράνη του κυττάρου επειδή σε αυτά εντοπίζονται πρωτεΐνες οι οποίες λειτουργούν σαν άγκυρες για τα κυστίδια.

Κυστίδια και άγκυρες

Το ότι ένα κυστίδιο έχει προσδεθεί σε ένα σημείο της κυτταρικής μεμβράνης δεν αρκεί για να αδειάσει σε αυτό το σημείο και το φορτίο του. Στην πραγματικότητα κάτι τέτοιο θα μπορούσε να είναι και καταστροφικό. Το πότε θα γίνει η απελευθέρωση του φορτίου αποκάλυψε ο τρίτος από τους εφετινούς τιμώμενους. Ο γερμανικής καταγωγής Τόμας Σίντοφ εργαζόμενος με νευρικά κύτταρα κατέδειξε την ύπαρξη μιας κατηγορίας πρωτεϊνών οι οποίες λειτουργούν σαν διακόπτες: δίνουν εντολή στα κυστίδια να απελευθερώσουν το φορτίο τους. Οσο για το ποιος πατάει τον διακόπτη, αυτό τον ρόλο έχουν τα ιόντα ασβεστίου, η είσοδος των οποίων στο κύτταρο ενεργοποιεί την πρωτεΐνη-διακόπτη.

Ο μηχανισμός που αποκάλυψαν οι εφετινοί τιμώμενοι είναι τόσο κεντρικής σημασίας για την ανθρώπινη φυσιολογία που έστω και ένα μικρό ελάττωμά του οδηγεί σε σοβαρές ασθένειες. Μεγάλα ελαττώματά του δεν είναι συμβατά με τη ζωή.

Βήμα Science

Οι επιστήμονες υποστηρίζουν πως το σωματίδιο Χιγκς κατείχε ένα ρόλο κλειδί στο πρώιμο Σύμπαν, όντας υπεύθυνο για την ασυμμετρία που παρατηρείται σήμερα στη φύση μεταξύ ύλης και αντιύλης.

Οι εμπνευστές του μποζονίου Χιγκς είναι οι επικρατέστεροι υποψήφιοι για το βραβείο Νόμπελ Φυσικής που θα ανακοινωθεί την ερχόμενη εβδομάδα, καθώς με την πειραματική εύρεση του το 2012 επιβεβαιώθηκε ο μηχανισμός που είχαν προτείνει για το πώς αποκτά μάζα η ύλη. Ωστόσο, σύμφωνα με δύο φυσικούς το συγκεκριμένο σωματίδιο μπορεί να δώσει λύση και σε άλλα μυστήρια της κοσμολογίας.

Σε μια εργασία που δημοσιεύουν στο περιοδικό  Physical Review Letters, οι Sean Tulin και Geraldine Servant από το πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν και το Ερευνητικό Ινστιτούτο της Καταλονίας αντίστοιχα, υποστηρίζουν πως το σωματίδιο Χιγκς κατείχε ένα ρόλο κλειδί στο πρώιμο Σύμπαν, όντας υπεύθυνο για την ασυμμετρία που παρατηρείται σήμερα στη φύση μεταξύ ύλης και αντιύλης.

Σύμφωνα με την όσα γνωρίζουμε μέχρι σήμερα, το γεγονός πως στο Σύμπαν φαίνεται να υπερισχύει δραματικά η ύλη έναντι της αντιύλης είναι ανεξήγητο καθώς μαθηματικά τουλάχιστον θα έπρεπε να υπάρχουν ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης.

Η ύπαρξη της αντιύλης βρέθηκε θεωρητικά από το βρετανό φυσικό Paul Dirac τον προηγούμενο αιώνα, κι έκτοτε έχει επιβεβαιωθεί πειραματικά από τους επιταχυντές σωματιδίων. Για κάθε σωματίδιο ύλης υπάρχει το αντίστοιχο σωματίδιο αντιύλης, με ίδια μάζα και κβαντικές ιδιότητες, αλλά αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο (στην περίπτωση που έχει φορτίο). Ενώ τα σωματίδια ύλης έχουν θετική ενέργεια, τα σωματίδια αντιύλης έχουν αρνητική.

Σήμερα θεωρείται πως το σωματίδιο Χιγκς δεν έχει το δικό του αντισωματίδιο, όμως το Καθιερωμένο Πρότυπο της Κοσμολογίας επιτρέπει την ύπαρξη μποζονίων αντι-Χιγκς  όταν το Σύμπαν ήταν ακόμη πολύ νεαρό.

Σύμφωνα με τους δύο ερευνητές, η ασυμμετρία μεταξύ του συγκεκριμένου σωματιδίου με το αντισωματίδιό του ήταν υπεύθυνη για την επικράτηση της ύλης στο Σύμπαν. Στο δικό τους μοντέλο, υπάρχει ένας μηχανισμός που ευνοεί τη δημιουργία σωματιδίων Χιγκς και οδηγεί στην επικράτηση της ύλης έναντι της αντιύλης. O μηχανισμός αυτός καλείται Χιγκσογένεση (Higgsogenesis), και έχει υπάρξει στο παρελθόν αντικείμενο μελέτης και άλλων επιστημόνων.

Περαιτέρω, προτείνουν πως εάν το σωματίδιο Χιγκς αλληλεπιδρά με τη σκοτεινή ύλη, δημιουργώντας για παράδειγμα σωματίδια σκοτεινής ύλης όταν διασπάται, θα μπορούσε να είναι υπεύθυνο και για την αναλογία ύλης με σκοτεινή ύλη που παρατηρούμε σήμερα στο Σύμπαν (περίπου 1 προς 6).

Αυτό το τελευταίο σημείο είναι μια καλή ευκαιρία για πειραματική απόδειξη της θεωρίας των δύο επιστημόνων, καθώς αν πράγματι το Χιγκς διασπάται σε σωματίδια σκοτεινής ύλης, αυτό θα μπορεί να επιβεβαιωθεί από τα πειράματα στον επιταχυντή σωματιδίων LHC στη Γενεύη.

Καθώς όμως οι ανιχνευτές δεν μπορούν να εντοπίσουν άμεσα τα σωματίδια σκοτεινής ύλης, μια τέτοια ανακάλυψη θα έρθει με έμμεσο τρόπο, βρίσκοντας πως κάποια σωματίδια Χιγκς δημιουργήθηκαν και απλά εξαφανίστηκαν. Για να γίνει αυτό θα χρειαστούν ακόμη κάποια χρόνια ερευνών στον τεράστιο όγκο δεδομένων του LHC.

http://www.naftemporiki.gr/story/711425