Τα βαρυτικά κύματα ανιχνεύτηκαν για δεύτερη φορά

Για δεύτερη φορά, οι επιστήμονες εντόπισαν τα βαρυτικά κύματα, τους παράξενους κυματισμούς στο χωροχρόνο που προβλέφθηκαν για πρώτη φορά από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν, πριν από έναν αιώνα.

Το φαινόμενο συμβαίνει όταν συγκρούονται δύο μαύρες τρύπες και στη συνέχεια συγχωνεύονται μεταξύ τους, απελευθερώνοντας την ενέργεια με τη μορφή βαρυτικών κυμάτων. Η ένωση παράγει μια ενιαία, ογκώδη και περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα 21 φορές τη μάζα του ήλιου.

Η πρώτη ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων, που ανακοινώθηκε στις 11 Φεβρουαρίου, ήταν ένα ορόσημο στη φυσική και την αστρονομία. Aνίχνευσαν για πρώτη φορά βαρυτικά κύματα από τη σύγκρουση δυο μελανών οπών με μάζα 29 φορές και 36 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Ήλιου.

Η πιο πρόσφατη ανακάλυψη, που ανακοινώθηκε από τους επιστήμονες την Τετάρτη, παρέχει μια περαιτέρω επιβεβαίωση της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν και εξασφαλίζει το μέλλον των βαρυτικών κυμάτων στην αστρονομία ως ριζικά νέο τρόπο για να παρατηρούν το σύμπαν.

Τα βαρυτικά κύματα μεταφέρουν πληροφορίες για τη φύση της βαρύτητας που δεν μπορεί αλλιώς να αποκτηθεί.

"Τώρα που είμαστε σε θέση να ανιχνεύσουμε βαρυτικά κύματα, πρόκειται να είναι μια εκπληκτική πηγή νέων πληροφοριών σχετικά με τον γαλαξία μας και ένα εντελώς νέο κανάλι για τις ανακαλύψεις σχετικά με το σύμπαν", είπε ο Chad Hanna, ένας βοηθός καθηγητής της φυσικής και της αστρονομίας και αστροφυσικής στο πανεπιστήμιο Penn State.

«Τα καταφέραμε ξανά» δήλωσε ενθουσιασμένος ο Σαλβατόρε Βιτάλε, ερευνητής του πειράματος LIGO στις ΗΠΑ.

Η ύπαρξη των βαρυτικών κυμάτων είχε προβλεφθεί το 1916 από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν ως συνέπεια της Γενικής Σχετικότητας, μέχρι φέτος όμως παρέμενε ανεπιβεβαίωτη.

Ο μεγάλος φυσικός είχε υπολογίσει ότι η επιτάχυνση σωμάτων μεγάλης μάζας, όπως μαύρες τρύπες και άστρα νετρονίων που πέφτουν σπειροειδώς το ένα προς το άλλο και τελικά συγκρούονται, πρέπει να δημιουργούν ομόκεντρα κύματα στο χωροχρόνο.

Τα κύματα αυτά ονομάστηκαν βαρυτικά επειδή παραμορφώνουν το χωροχρόνο όπως η βαρύτητα (δεν έχουν καμία σχέση με τα κύματα βαρύτητας της φυσικής ρευστών)

Τα βαρυτικά κύματα ουσιαστικά τεντώνουν το χώρο σε μια διάσταση (ας πούμε κατά μήκος) και τον συμπιέζουν σε μια άλλη (ας πούμε κατά πλάτος).

Την ανίχνευση κατέγραψαν οι δύο ανιχνευτές LIGO, ένας στην Πολιτεία της Ουάσινγκτον και ένας στη Λουιζιάνα.

Καθένας από τους δύο ανιχνευτές αποτελείται από δύο σωλήνες τοποθετημένους κάθετα ο ένας στον άλλο, μέσα στους οποίους υπάρχουν δέσμες λέιζερ που μετρούν το μήκος των σωλήνων με εξαιρετικά μεγάλη ακρίβεια.

Τα βαρυτικά κύματα γίνονται αντιληπτά από μικρές μεταβολές στο μήκος των δύο σωλήνων λόγω της παραμόρφωσης του χώρου. Οι σωλήνες έχουν μήκος 4 χιλιόμετρα, όμως η πειραματική διάταξη μπορεί να μετρά μεταβολές τουλάχιστον 1.000 φορές μικρότερες από τη διάμετρο ενός ατόμου.

Στην περίπτωση της πρώτης ανίχνευσης των βαρυτικών κυμάτων, οι δίδυμοι ανιχνευτές κατέγραψαν ένα ξεκάθαρο σήμα. Αυτή τη φορά, το σήμα ήταν σχεδόν «θαμμένο» στον θόρυβο των καταγραφών και αποκαλύφθηκε μόνο με προηγμένες τεχνικές ανάλυσης.

Το σήμα αυτό αντιστοιχεί χονδρικά στο τελευταίο δευτερόλεπτο πριν από τη σύγκρουση δύο μελανών οπών, με μάζες 14,2 φορές και 7,5 φορές μεγαλύτερες από τη μάζα του Ήλιου.

Στις τελευταίες 27 περιφορές που πραγματοποίησαν οι μαύρες τρύπες καθώς κινούνταν η μία γύρω από την άλλη, η ταχύτητά τους έφτασε σχεδόν το μισό της ταχύτητας του φωτός.

Η κατακλυσμιαία σύγκρουσή τους δημιούργησε μια νέα μαύρη τρύπα με μάζα 20,8 φορές τη μάζα του Ήλιου.

Αυτό σημαίνει ότι περίπου μία ηλιακή μάζα εξαφανίστηκε κατά την σύγκρουση. Ολόκληρη αυτή η μάζα μετατράπηκε σε ενέργεια, η οποία εξαπλώθηκε στο χώρο με τη μορφή βαρυτικών κυμάτων.

Η νέα ανακάλυψη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση Physical Review Letters.

Εκτός του ότι επιβεβαιώνουν τον Αϊνστάιν, οι ανακαλύψεις στο LIGO αναμένεται να προσφέρουν έναν νέο, επαναστατικό τρόπο παρατήρησης του Σύμπαντος.

Τα περισσότερα από όσα γνωρίζουμε για τον Κόσμο προέρχεται από παρατηρήσεις της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας –το ορατό και αόρατο φως που φτάνει σε τηλεσκόπια και ραδιοτηλεσκόπια.

Το πρόβλημα είναι ότι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μπλοκάρεται από σύννεφα σκόνης ή άλλα αντικείμενα που βρίσκονται ανάμεσα στην πηγή της ακτινοβολίας και τον παρατηρητή.

Αυτό δεν ισχύει για τα βαρυτικά κύματα, τα οποία διαδίδονται στην ίδια την υφή του Σύμπαντος, διαπερνώντας ανενόχλητα ολόκληρους γαλαξίες.

Οι υφιστάμενοι και οι μελλοντικοί ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων θα μπορούσαν λοιπόν να καταγράψουν βίαια φαινόμενα που θα ήταν αδύνατο να δουν τα τηλεσκόπια.

Οι ανιχνευτές LIGO έχουν πλέον τεθεί εκτός λειτουργίας για έναν νέο γύρο αναβάθμισης και προγραμματίζεται να ενεργοποιηθούν εκ νέου το φθινόπωρο. Στην Ευρώπη λειτουργούν στο μεταξύ οι ανιχνευτές GEO600 και Virgo.

Τώρα που το LIGO μέτρησε την συγχώνευση των δυο μαύρων τρυπών, οι ερευνητές είναι πρόθυμοι να παρατηρούν τα κύματα που προέρχονται από διαφορετικά αστρικά υπολείμματα όπως τα άστρα νετρονίων. Αυτά είναι μικρά, πολύ πυκνά άστρα που έχουν απομείνει, όταν ένα πολύ μεγαλύτερο άστρο καταρρέει. Υπάρχει επίσης η δυνατότητα να μετρήσουν τη συγχώνευση ενός άστρου νετρονίων με μια μαύρη τρύπα. "Υπάρχουν τόσα πολλά άλλα είδη πηγών που δεν έχουν ακόμη εντοπιστεί," είπε η συνεργάτης του LIGO, Susan Scott, καθηγήτρια της κβαντικής επιστήμης στο Εθνικό Πανεπιστήμιο της Αυστραλίας. "Τα δυαδικά συστήματα μαύρων τρυπών είναι μόνο ένα από αυτά."

Η ομάδα αναμένει να παρατηρήσει πολλές περισσότερες συγχωνεύσεις μελανών οπών, πολύ σύντομα, όταν ξεκινήσουν τον επόμενο γύρο παρατηρήσεων αυτό το φθινόπωρο. Και όσο πειρσσότερο ανιχνεύουν, τόσο περισσότερα μπορούν να μάθουν για το πόσο μεγάλες είναι οι μαύρες τρύπες και πόσες υπάρχουν σε όλο το σύμπαν. "Αν μπορούμε να κατανοήσουμε τις κατανομές των μελανών οπών, μπορούμε να αρχίσουμε να κατανοούμε τη ζωή και το θάνατο των άστρων, που είναι πραγματικά ένα σημαντικότατο ερώτημα για το από πού ήρθαμε και τι πραγματικά συμβαίνει στο σύμπαν", είπε ο Duncan Brown, ερευνητής του LIGO και καθηγητής της Φυσικής στο Πανεπιστήμιο των Συρακουσών. "Έτσι, αυτό είναι πραγματικά σπουδαίο, καθώς θα μπορούμε να χαρτογραφήσουμε την ιστορία και την εξέλιξη του Σύμπαντος βλέποντας αυτές τις μαύρες τρύπες να συγκρούονται η μία με την άλλη."

0 σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου