Din ce este facut Universul ? Grea intrebare ! Totusi in ultimii 100 de ani ne-am apropiat foarte mult de raspuns ! Adevarul absolut ramane inca obscur din cel putin doua motive: Universul este prea mare si este construit din caramizi prea mici !
Cu toate extraordinarele instrumente pe care le avem astazi, n-am cercetat decat o foarte mica zona din partea accesibila a Universului, si nici n-o sa putem vedea niciodata mai departe decat ne lasa cunoscuta viteza maxima a luminii, 300.000 Km/s, pur si simplu imaginea a ceea ce este dincolo de marginea vizibila a Universului nu va ajunge in timp util la noi !
Pe de alta parte, acest imens Univers este construit din niste „caramizi” extrem de mici, atat de mici incat instrumentele (si poate si simturile) noastre nu sunt suficiente pentru a deslusi structura intima a acestuia. Pentru a ingreuna eforturile noastre, aceste microparticule au durate de viata extrem de scurte, iar multe dintre ele reactioneaza foarte slab (sau chiar deloc) cu materia „obisnuita”. Mai mult, unele dintre ele apar si dispar, sugerand ca „vibreaza” intr-un spatiu cu mai multe dimensiuni (11 ?), din care noi nu percepem decat 4.

Dar, totusi, ce stim despre Univers ?
Universul este compus din materie – in sens generic. Materia se găseşte sub trei forme:
– substanţă – caracterizată prin masă;
– câmp (de forţe) – caracterizat prin energie;
– timp – caracterizat prin sens de curgere;

In serialul pe care vi l-am prezentat am vorbit despre purtatorii uneia din cele 4 forte fundamentale: Forta electromagnetica. O piatra de hotar in intelegerea acestor forte l-a constituit revelatia ca fiecare forta este mijlocita de cate o particula, fotonii – pentru forta electromagnetica, gluonii – pentru forta nucleara tare, bosonii W şi Z – pentru forta nucleara slaba şi gravitonii – pentru forta gravitationala (încă nedetectaţi experimental). Se pare ca insusi Timpul ar putea fi mijlocit de o particula, gandindu-ne ca nici matematic timpul nu poate fi divizat mai mult de 10 la puterea -43 secunde (timp Planck) – dar asta este o alta poveste.

Iata o plansa recapitulativa a spectrului electromagnetic, care compara lungimea de unda cu dimensiunile unor corpuri cunoscute:

S-ar mai pune o intrebare: Sunt oare finite capetele spectrului electromagnetic ? Pentru a raspunde la aceasta intrebare trebuie sa ne gandim la caracteristicile dimensionale si la sursele acestor unde.
In primul rand, caracteristica dimensionala – lungimea de unda – poate sa varieze teoretic de la zero la infinit. In partea superioara a spectrului, lungimile undelor radio merg (conventional) pana la 10 Km, dar aceasta limita poate fi depasita, numai ca sunt improbabile, posibilitatile noastre de receptie scad (intensitatile devin extrem de slabe) si nici nu prezinta interes deosebit.
In partea inferioara a spectrului, lungimile de unda ale undelor gamma sunt in corespondenta cu dimensiunile particulelor subatomice din ale caror interactiuni se produc, in consecinta sunt emise radiatii cu lungimi de unda cu atat mai mici cu cat sursele sunt mai violente si produc particule „mai” elementare – cum este cazul gaurilor negre. In consecinta, lungimea de unda a radiatiei gamma coboara numai pana la o minima naturala, pentru ca Universul nostru are „din constructie” niste constante, unele dintre ele inca nedescoperite.

In incheiere, o mica surpriza pentru voi, urmati acest link pentru a vedea cum arata Calea Lactee in diverse lungimi de unda ale spectrului electromagnetic (convertite in spectru vizibil)- utilizati bara din dreapta-sus. http://www.chromoscope.net

Razele gama au fost descoperite în anul 1900 de către Paul Villard (1860-1934), fizician şi chimist francez, în timp ce studia la Paris comportamentul Uraniului şi Radiului. Numele acestui tip de radiaţie a fost dat de către Ernest Rutherford. Cu ocazia primelor cercetari privind dezintegrarea radioactiva – emisiile rezultante au fost clasificate in trei tipuri – „raze” alfa, beta si gamma. De fapt numai tipul „gamma” reprezinta radiatie electromagnetica propriu-zisa (adica fotoni de inalta frecventa), celelalte tipuri reprezinta o radiatie de particule (nuclee de heliu de mare viteză – numite şi raze α, respectiv emisii de electroni – numite şi raze β).

Proprietatile razelor gamma:
Radiatia sau razele gamma („gamma” de la litera grecească γ) sunt unde electromagnetice cu frecvente foarte mari (respectiv lungimi de unda mici, sub 0,005 Ä) produse de interactiuni intre particule subatomice, (cum ar fi in dezintegrarile radioactive sau la ciocnirea si anihilarea unei perechi electron – pozitron), fiind purtatoare de energie ridicata si deci foarte penetrante, in consecinta foarte periculoase pentru sanatatea omului.

Razele γ pot strabate cu usurinta grosimi considerabile din tesuturi animale si vegetale, substanţe usoare si chiar cativa centimetri din substante dense – cum ar fi de exemplu plumbul.
In urma interactiunii dintre aceste radiatii si organismele vii, apar fenomene fizice (ionizari, excitari atomice) care determina consecinte biochimice (alterari ale macromoleculelor si ale sistemelor enzimatice – ruperi de legaturi chimice, aparitia de radicali liber, recombinari nedorite).
Cele mai importante efecte se observa la celulele germinale (sexuale). In urma interactiunii dintre radiatii si celulele germinale se observa o alterare a cromozomilor si a codului genetic – ADN/ARN. Gravitatea acestor efecte este amplificata de transmiterea mutatiilor la descendenţi.

Protectia contra razelor gamma se asigura prin pereti de beton, otel sau plumb – ultimul fiind cel mai eficace.
Detectarea radiaţiilor gamma se poate face pe mai multe căi:

– datorită efectului de ionizare, pot fi detectate cu electrometre sensibile; pe acest principiu funcţionează detectorul Geiger-Müller;
– prin înnegrirea unei plăci fotografice;
– cu ajutorul camerei cu ceaţă.

Aplicatiile razelor gamma sunt asemanatoare razelor X:
– sterilizarea alimentelor, a instrumentelor medicale, etc
– controlul radiologic al imbinarilor metalice de grosimi mari;
– distrugerea tumorilor canceroase;
– experimente stiintifice de varf – multe in domenii de pionierat;
– Gamma Knife (sau radio chirurgie stereotactica ) – o metoda neinvaziva de reducere a tumorilor si malformatiilor arterio-venoase cerebrale sau de stopare a cresterii lor (existenta si in tara noastra).

Efectele radiatiilor gamma:
Consecintele expunerii la radiatii gamma depind de doza primita, practic traim cu o sabie cosmica deasupra capului, numai distantele uriase din Univers fac improbabila o expunere mortala generata de un cataclism cosmic de tip supernova sau gaura negra !
Oamenii de stiinta banuiesc ca o expunere la o emisie exploziva de radiatii gama ne-a afectat deja planeta in urma cu 440 milioane de ani, la sfarsitul perioadei Ordovicianului, distrugerea stratului de ozon al Pamantului avand ca si consecinta disparitia a 2/3 din vietuitoare !

In fapt, suportam zilnic doze mici de radiatie gamma provenind din spatiul cosmic, din minereuri, gaze radioactive provenind din subsol, izotopi slab radioactivi aflati in componenta diverselor substante industrializate, radiatii generate in apropierea centralelor nucleare, ba chiar si din apa pe care o bem. In functie de dozele suportate si de rezistenta noastra naturala, am putea sau nu suferi imbolnaviri si/sau am putea transmite defecte genetice urmasilor.
De mentionat ca atunci cand zburam cu avionul suportam doze crescute de radiatii gamma (vedeti si clipul de mai jos), dar cei mai expusi sunt cosmonautii.

Pentru a cuantifica riscul biologic global (cumulat) de iradiere ionizanta (raze X+raze γ), se foloseşte o unitate de măsură numită Sievert, care exprimă doza medie absorbită de diferite ţesuturi umane. Doza de radiaţie ionizantă „naturală” se situează în jurul valorii de 2,5 mSv/an !

Cuantificarea dozelor medii absorbite de corpul uman in urma unor activitati obisnuite:
–o explorare radiologică pulmonară – 0,5 mSv
–o călătorie cu avionul timp de câteva ore – 0,03 mSv
–un week-end petrecut la o altitudine de 1.500 de metri – 0,01 mSv

Conform recomandărilor acceptate, limita maximă de iradiere din surse artificiale este de 1 mSv/an în populaţia generală şi 20 mSv/an pentru cei care lucrează în domeniul nuclear.
Statistic, totalul expunerii radioactive medii pentru un adult pe an, se repartizeaza intre urmatoarele cauze:
–38% iradierea externă telurică
–30% iradierea medicală
–19% iradierea internă naturală
–12% radiaţiile cosmice
–3% depunerile radioactive
–1% expunere profesională

Razele gamma din Univers
Cele mai puternice surse de raze gamma sunt:  Soarele (in special atunci cand se produc eruptii solare), stelele neutronice, pulsarii, quasarii, magnetarii.

In 2008 telescopul spaţial Fermi Gamma-ray aparţinând NASA a detectat în constelaţia Carina – aflata la o distanţă de 12,2 miliarde de ani lumină – cea mai puternică emisie de raze gamma inregistrata vreodata, cu o putere ce a depăşit intensitatea exploziei simultane a 9.000 de stele de dimensiunea Soarelui – practic numai Big-Bang-ul a generat o energie mai mare ! Deflagratia a emis intr-un minut de cinci ori mai multa energie decat va emite Soarele de-a lungul intregii sale vieti, au calculat astrofizicienii.
Astfel de fenomene apar atunci când stelele de mari dimensiuni rămân fără combustibil şi colapseaza, creând o uriaşă gaură neagră.

In 2010, un grup de cercetatori care lucreaza pe datele obtinute de telescopul spatial Fermi, a anuntat ca au descoperit doua „bule uriase” de energie care erup din centrul Caii Lactee !!!  Cele doua sfere de energie se intind pe o distanta de 25.000 de ani lumina, in ambele parti ale galaxiei (deasupra si sub galaxie, in imaginea de mai sus) si sunt echivalentul energetic a 100.000 de explozii ale unor supernove. Ca ipoteze, fie este o emisie polara a uriasei gauri negre din centrul galaxiei (cel mai probabil), fie o manifestare a „materiei intunecate” ce ar trebui sa reprezinte 25% din masa Universului si care n-a fost detectata pana acum decat indirect, prin efectul curbarii gravitationale a razelor de lumina.

Am pastrat pentru final o stire cam nelinistitoare: recent, astronomii au identificat o batrana stea masiva (potentiala supernova) aflata la o distanta de 8.000 de ani-lumina in constelatia Sagetatorului- WR104, care este orientata intr-o pozitie polara pe directia Terrei, practic privim prin teava tunului… Dar n-om avea noi ghinionul ala de a ne afla in locul nepotrivit la momentul potrivit ! 🙂

LATER UPDATE:

Pe 27 aprilie 2013, mai multe instrumente de cercetare spatiala (Gamma-ray Burst Monitor (GBM) de la bordul Telescopului Spatial Fermi, telescopul Swift Space al NASA,  Large Area Telescope (LAT) al Fermi) au detectat o colosala emisie de raze gamma provenind din explozia stelei GRB 130427A, aflata la 3,8 miliarde de ani lumina. La momentul de varf, instrumentele au inregistrat o energie de circa 95 GeV, flashul fiind destul de puternic ca sa fie vazut printr-un binoclu, de pilda. Ca sa va dati seama ce inseamna un nivel energetic de Giga electroni-Volti, ganditi-va ca radiatia spectrului vizibil are (numai) o energie cuprinsa intre 1,77 eV (corespunzatoare λ=700 nm – rosu) și 3,1 eV (λ=400 nm – albastru) !!

Sa mergem spre lungimi de unda mai mari si sa vorbim despre radiatia infrarosie. Domeniul radiatiei infrarosii este plasat intre undele scurte si spectrul vizibil, cu lungimi de unda intre 760 nanometrii si 1 milion de nanometrii (1 milimetru).

Radiatia infrarosie este invizibila pentru oameni, dar nu si imperceptibila ! Pielea noastra are receptori pentru spectrul infrarosu, de aceea simtim apropierea unui corp incins sau „valurile” de caldura emise un foc sau de Soare !

Radiatia infrarosie are cateva aplicatii tehnice, dar cel mai important este ca cea primita de la Soare are un rol determinant in stabilirea temperaturii terestre. Cum se intampla si in cazul altor frecvente electromagnetice, unele obiecte sunt transparente si altele opace. Astfel o parte din radiatia emisa de Soare este reflectata de atmosfera, o parte este absorbita si o parte ajunge la sol. Partea ajunsa la sol este de asemenea partial absorbita, partial reflectata (in functie de albedo-ul scoartei terestre – raportul dintre energia luminoasă radiată de un corp şi cea primită). Partea reflectata de sol este in mare parte re-reflectata de atmosfera, s.a.m.d., aparand asa-numitul efect de sera – fenomen benefic atata timp cat se mentine in limite normale.

In decursul istoriei Pamantului, caracteristicile atmosferei au variat – in special din cauza eruptiilor vulcanice, in consecinta a variat si efectul de sera, producandu-se glaciatiuni intrerupte de perioade calde, cum este cea prin care trecem. Pe termen lung, exista un proces de autoreglare, dar omenirea ar putea sa cada victima unei fluctuatii cu maxime prea ridicate sau minime prea reduse – deci ar trebui s-o lasam mai usor cu industrializarea…Dovezile incalzirii globale sunt extremele meteo din ce in ce mai frecvente din ultimii ani (inclusiv minime record !), nu va amagiti cu ideea ca este doar o gogorita corporatista !