Holmdel Horn Antenna: Εκεί που ανακαλύφθηκε το Big Bang

 

 

Οι φυσικοί και οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι το σύμπαν ξεκίνησε με τη Μεγάλη Έκρηξη, ένα κατακλυσμικό γεγονός που συνέβη πριν από περίπου 13 δισεκατομμύρια χρόνια και γέννησε το σύμπαν.

 

 

 

Η θεωρία του Big Bang υποδηλώνει ότι ολόκληρο το σύμπαν ήταν συγκεντρωμένο σε μια απίστευτα καυτή και πυκνή κατάσταση -που ονομάζεται μοναδικότητα-, η οποία άρχισε να διαστέλλεται γρήγορα με αποτέλεσμα το σχηματισμό ύλης, συμπεριλαμβανομένων υποατομικών σωματιδίων και ατόμων. Αυτά τα άτομα στη συνέχεια συγκεντρώθηκαν για να σχηματίσουν γαλαξίες, αστέρια και άλλες δομές στο σύμπαν.

Για πολύ καιρό, οι επιστήμονες πίστευαν ότι ένα τόσο ισχυρό γεγονός όπως το Big Bang θα έπρεπε να αφήσει κάποια στοιχεία, μια ακτινοβολία "λείψανο" με τη μορφή ενός κοσμικού θορύβου που διαπερνά όλο το σύμπαν. Η Ακτινοβολία Υποβάθρου ή Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου (Cosmic Microwave Background, CMB ή CMBR) προβλέφθηκε για πρώτη φορά το 1948 από τους Αμερικανούς κοσμολόγους Ralph Alpher και Robert Herman. Εκείνη την εποχή, ωστόσο, η κυρίαρχη αστρονομική κοινότητα δεν ενδιαφέρθηκε από την κοσμολογία και η ίδια η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης αμφισβητήθηκε σε μεγάλο βαθμό. Η εναλλακτική είναι η θεωρία της Σταθερής Κατάστασης (Steady State), η οποία υποθέτει ότι το σύμπαν υπήρχε και είναι περίπου το ίδιο σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή.

 

Την άνοιξη του 1964, εμφανίστηκε η πρώτη δημοσιευμένη αναγνώριση της ακτινοβολίας CMB ως ανιχνεύσιμου φαινομένου σε μια σύντομη εργασία από τους Σοβιετικούς αστροφυσικούς A. G. Doroshkevich και Igor Novikov. Την ίδια χρονιά, ο Robert H. Dicke και οι αστροφυσικοί συνάδελφοί του στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον, Jim Peebles και ο David Wilkinson, άρχισαν να προετοιμάζονται να αναζητήσουν αυτήν την ακτινοβολία. Ο Dicke και οι συνάδελφοί του σκέφτηκαν ότι η Μεγάλη Έκρηξη πρέπει να είχε διασκορπίσει, όχι μόνο την ύλη που συμπυκνώθηκε σε γαλαξίες, αλλά επίσης πρέπει να είχε απελευθερώσει μια τεράστια έκρηξη ακτινοβολίας. Δεδομένων των κατάλληλων οργάνων, πίστευαν ότι αυτή η ακτινοβολία μπορούσε να ανιχνευθεί, αν και με τη μορφή μικροκυμάτων, λόγω της σημαντικής μετατόπισης προς το κόκκινο.

 

Μόλις 60 χιλιόμετρα πιο μακριά, στο Crawford Hill στο Holmdel Township του Νιου Τζέρσεϋ, ο Arno Penzias και ο Robert Wilson πειραματίζονταν με μια υπερευαίσθητη κεραία για να χαρτογραφήσουν ραδιοφωνικά σήματα από τον Γαλαξία μας. Η Holmdel Horn, όπως ονομαζόταν η κεραία, κατασκευάστηκε αρχικά ως μέρος του Project Echo για την ανίχνευση ραδιοκυμάτων που αναπηδούν από μεγάλους δορυφόρους. Το Project Echo ήταν μια πρωτοβουλία της NASA, όπου μεγάλες σφαίρες περιφέρονταν σε τροχιά περίπου 1.000 μίλια πάνω από τη Γη αντανακλώντας παθητικά ραδιοφωνικά σήματα κατευθυνόμενα προς τη μεγάλη επιφάνειά τους. Η NASA κατασκεύασε αυτούς τους απλούς παθητικούς ανακλαστήρες για διηπειρωτική τηλεφωνική, ραδιοφωνική και τηλεοπτική μετάδοση.

Η κεραία στο Holmdeal, που κατασκευάστηκε για να επικοινωνεί με αυτούς τους δορυφόρους, είχε μήκος 50 πόδια, άνοιγμα 20 πόδια και στένευε σε μια έξοδο 8 ιντσών, μέσω της οποίας διοχετεύονταν τα ραδιοκύματα σε έναν δέκτη.

 

Λίγο μετά το Project Echo, εκτοξεύτηκε ο δορυφόρος Telstar, καθιστώντας το σύστημα Echo ξεπερασμένο με τους ενσωματωμένους αναμεταδότες του. Αυτό, κατέστησε την κεραία διαθέσιμη για ερευνητικούς σκοπούς. Αρπάζοντας την ευκαιρία, οι Penzias και Wilson αποφάσισαν να τη χρησιμοποιήσουν για την ανάλυση ραδιοφωνικών σημάτων που προέρχονται από τους διαστρικούς χώρους. Ωστόσο, καθώς ξεκίνησαν τις παρατηρήσεις τους, αντιμετώπισαν έναν μυστηριώδη θόρυβο στο φάσμα των μικροκυμάτων, που φαινόταν να εκπέμπεται από όλες τις κατευθύνσεις του ουρανού. Εξέτασαν διεξοδικά τον εξοπλισμό τους -καθάρισαν την κεραία και από περιττώματα περιστεριών- για να εξαλείψουν πιθανές πηγές παρεμβολών, ωστόσο ο θόρυβος παρέμενε. Έτσι κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ο θόρυβος προήλθε πέρα από τον δικό μας γαλαξία, αν και δεν μπορούσαν να τον εξηγήσουν μέσω γνωστών ραδιοφωνικών πηγών.

 

Οι Δρ. Wilson και Penzias το 1978

Όταν ένας φίλος και καθηγητής φυσικής στο MIT είπε στον Penzias για ένα έγγραφο που είχε δει από τον Jim Peebles σχετικά με την πιθανότητα εύρεσης ακτινοβολίας που είχε απομείνει από τη Μεγάλη Έκρηξη που γέμισε το σύμπαν στην αρχή της ύπαρξής του, οι Penzias και Wilson άρχισαν να συνειδητοποιούν τη σημασία αυτών που είχαν ανακαλύψει. Ο Penzias επικοινώνησε με τον Dicke και τον κάλεσε στα εργαστήρια για να κοιτάξει την κεραία και να ακούσει τον θόρυβο. Εκείνος κατέληξε στο συμπέρασμα ότι τα χαρακτηριστικά της ακτινοβολίας που ανίχνευσαν οι Penzias και Wilson ταίριαζαν ακριβώς με την ακτινοβολία που είχε προβλέψει ο ίδιος και οι συνάδελφοί του στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον.

Τον Ιούλιο του 1965, εμφανίστηκαν μερικά σύντομα άρθρα στο Astrophysical Journal Letters ανακοινώνοντας τα ευρήματα, πρώτα τη θεωρητική επεξεργασία του Dicke και στη συνέχεια τα ευρήματα παρατήρησης των Penzias και Wilson -το κάθε ένα αναγνώριζε το άλλο. Το 1978, οι Penzias και Wilson τιμήθηκαν με το Νόμπελ Φυσικής και η κεραία Holmdel χαρακτηρίστηκε ως Εθνικό Ιστορικό Ορόσημο.

 

Σήμερα, η κεραία Holmdel Horn είναι ανενεργή και βρίσκεται σε μια τοποθεσία 43 στρεμμάτων που -στο παρελθόν- ανήκε στα Bell Labs, ανάμεσα σε μερικές εγκαταλελειμμένες εγκαταστάσεις που κατασκευάστηκαν για έρευνα επικοινωνιών. Το 2021, ο χώρος πωλήθηκε σε έναν εργολάβο, ο οποίος εξέφρασε την επιθυμία να χτίσει κατοικίες υψηλής ποιότητας. Πιστεύεται ότι η κεραία μπορεί να μεταφερθεί σε άλλο μέρος, οπότε, ο δήμος συμφώνησε να αγοράσει μέρος του ακινήτου όπου βρίσκεται η κεραία -αφήνοντας το υπόλοιπο στους ιδιοκτήτες να αναπτύξουν- και να μετατρέψει αυτό το κομμάτι γης σε πάρκο, με την ιστορική κεραία και κέντρο επισκεπτών.