Το κυνήγι του αποτυπώματος των πρώτων στιγμών του Σύμπαντος μόλις έγινε πιο περίπλοκο…
Το πολωμένο φως που εκπέμπεται από τη γαλαξιακή διαστρική σκόνη λειτουργεί ως πέπλο που συσκοτίζει τις παρατηρήσεις του πρώιμου Σύμπαντος. Η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου (cosmic microwave background, CMB), η «στάχτη» της Μεγάλης Έκρηξης, μας έρχεται στις ίδιες συχνότητες όπως η ακτινοβολία της διαστρικής σκόνης, και είναι πολύ δύσκολο να διαχωριστεί από αυτήν. Μια σημαντική ανακάλυψη για την πολυπλοκότητα αυτού του διαχωρισμού επιτεύχθηκε μόλις, από μια διεθνή συνεργασία επιστημόνων από το Ινστιτούτο Αστροφυσικής του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (IA-ΙΤΕ) και το Πανεπιστήμιο Κρήτης στην Ελλάδα, το Πανεπιστήμιο Princeton, το Ινστιτούτο Προχωρημένων Μελετών και το Caltech στις ΗΠΑ, και το Πανεπιστήμιο του Όσλο στη Νορβηγία.
Η μελέτη, με επικεφαλής τον Δρ. Vincent Pelgrims του ΙΑ-ΙΤΕ, χρησιμοποίησε δεδομένα από την αποστολή Planck του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA) και από την ακτινοβολία του ουδέτερου υδρογόνου, για να δείξει ότι η πλούσια τρισδιάστατη δομή του διαστρικού αερίου έχει ισχυρή επίδραση στην πόλωση της ακτινοβολίας που παράγεται από τη διαστρική σκόνη.
"Όταν περισσότερα από ένα σύννεφα τέμνουν μια κατεύθυνση παρατήρησης", είπε ο Δρ. Pelgrims, "και αυτά τα σύννεφα έχουν διαφορετικά φάσματα εκπομπής και μη ευθυγραμμισμένα μαγνητικά πεδία, τότε η γωνία με την οποία αυτή η ακτινοβολία είναι πολωμένη στρέφεται καθώς μεταβαίνουμε από τη μία συχνότητα στην άλλη." Αυτό το φαινόμενο είχε προβλεφθεί το 2015 από τους επιστήμονες του ΙΑ-ΙΤΕ και μέλη ΔΕΠ του Πανεπιστημίου Κρήτης Κωνσταντίνο Τάσση και Βασιλική Παυλίδου (βλ. Εικ. 1). Αυτή όμως είναι η πρώτη φορά που το αποτύπωμά του ανιχνεύεται σε παρατηρήσεις. Η ανακάλυψη αυτή καταδεικνύει τις δυσκολίες και τις παγίδες στη σωστή αντιμετώπιση του πέπλου της σκόνης που καλύπτει την πολωμένη ακτινοβολία από το νεαρό σύμπαν.
Η πολωμένη ακτινοβολία της σκόνης σε μία δεδομένη συχνότητα δεν μπορεί να προβλεφθεί αναλογικά από παρατηρήσεις σε μια άλλη συχνότητα (μια υπόθεση που χρησιμοποιήθηκε συχνά στο παρελθόν) – η νέα μελέτη απέδειξε ότι κάτι τέτοιο θα ήταν λανθασμένο και δεν θα πρέπει να εφαρμόζεται.
"Αυτή η ανακάλυψη έγινε μόλις τώρα δυνατή, χάρη στις πρωτοποριακές μελέτες του διαστρικού μέσου από τους υπερπόντιους συν-συγγραφείς μας: το έργο της Δρ. Τζίνας Πανοπούλου, υποτρόφου Hubble στο Caltech και αποφοίτου του Πανεπιστημίου Κρήτης, που μας επέτρεψε να προσδιορίσουμε σε ποιες κατευθύνσεις παρατήρησης απαντώνται περισσότερα του ενός μεσοαστρικά νέφη· μαζί με τα ευρήματα της Δρ. Susan Clark, υποτρόφου του Ινστιτούτου Προχωρημένων Μελετών, και του Δρ. Brandon Hensley, υποτρόφου Spitzer στο Πανεπιστήμιο Princeton, που μας επέτρεψαν να εξαγάγουμε, με έμμεσο τρόπο, την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου κάθε διαστρικό νέφος" είπε η κ. Παυλίδου.
Αυτές οι μελέτες χρησιμοποίησαν την ακτινοβολία από το ουδέτερο υδρογόνο, το πιο άφθονο συστατικό στα διαστρικά νέφη, για να εντοπίσουν τη θέση των νεφών. Το φάσμα αυτής της εκπομπής αποκαλύπτει τον αριθμό των νεφών σε κάθε κατεύθυνση παρατήρησης, και η μορφολογία της εκπομπής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση της κατεύθυνσης του μαγνητικού πεδίου (Βλέπε Εικ. 2). Έχοντας αυτήν την πληροφορία για κάθε κατεύθυνση στον ουρανό, οι επιστήμονες επέλεξαν όλες τις κατευθύνσεις με πολλαπλά νέφη που διαπερνιούνται από μη ευθυγραμμισμένα μαγνητικά πεδία. Στη συνέχεια, εξέτασαν τη διαφορά στη γωνία πόλωσης μεταξύ δύο συχνοτήτων που παρατηρούσε το Planck και όπου κυριαρχεί η ακτινοβολία από τη διαστρική σκόνη: 217 GHz και 353 GHz. Διαπίστωσαν ότι στις επιλεγμένες κατευθύνσεις η διαφορά στη γωνία πόλωσης ήταν πολύ πιο έντονη από ό, τι αλλού στον ουρανό. "Όχι μόνο αυτό", πρόσθεσε ο Δρ Pelgrims, "αλλά καταφέραμε να δείξουμε ότι όσο μεγαλύτερη γωνία σχηματίζουν τα μαγνητικά πεδία των διαφορετικών νεφών, τόσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά στη γωνία πόλωσης μεταξύ των συχνοτήτων – σε σύμφωνία με τη θεωρητική πρόβλεψη."
«Τώρα που αποδείξαμε ότι το φαινόμενο είναι ανιχνεύσιμο στις παρατηρήσεις του Planck, η ανάγκη να βρούμε τρόπους για να το διορθώσουμε κατά τον καθαρισμό των χαρτών μικροκυμάτων πριν από τη χρήση τους για να μελετήσουν το πρώιμο Σύμπαν έγινε πιο επείγουσα», δήλωσε ο κ. Τάσσης. «Ευτυχώς, το πείραμα PASIPHAE, το οποίο αναμένουμε να τρέξει φέτος, θα κάνει ακριβώς αυτό.» Το PASIPHAE είναι μια διεθνής συνεργασία μεταξύ IA-ΙΤΕ και Πανεπιστημίου Κρήτης στην Ελλάδα, Caltech στις ΗΠΑ, IUCAA στην Ινδία, SAAO στη Νότια Αφρική και του Πανεπιστημίου του Όσλο στη Νορβηγία. Θα μετρήσει με άνευ προηγουμένου ακρίβεια την πόλωση εκατομμυρίων αστεριών στο Γαλαξία μας. Συνδυάζοντας τις μετρήσεις πόλωσης με τις εκπληκτικά ακριβείς αποστάσεις που έχουμε τώρα για όλα αυτά τα αστέρια χάρη στην αποστολή Gaia της ESA, μπορούμε να ξεχωρίσουμε τα αστέρια που βρίσκονται μπροστά από διαστρικά νέφη, ανάμεσα σε νέφη και πίσω από νέφη. Αυτό μας επιτρέπει να ανακτήσουμε το αποτύπωμα κάθε νέφους ξεχωριστά στην πόλωση των αστεριών και να χαρτογραφήσουμε άμεσα την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου σε κάθε νέφος, παράγοντας έτσι τον πρώτο τρισδιάστατο χάρτη του μαγνητικού πεδίου του Γαλαξία μας.
Άρθρο: V. Pelgrims, S. E. Clark, B. S. Hensley, G. V. Panopoulou, V. Pavlidou, K. Tassis, H.K. Eriksen, I. K. Wehus “Evidence for line-of-sight frequency decorrelation of polarized dust emission in Planck data” 2021, A&A, 647, A16
Στις 4 Μαρτίου 2021, το περιοδικό Nature Astronomy παρουσίασε αφιέρωμα στην εργασία αυτή με τίτλο "Cloudy with a chance of depolarisation".