Η ανακάλυψη του αιώνα: Για πρώτη φορά ανιχνεύτηκαν βαρυτικά κύματα. Ο Αϊνστάιν είχε και πάλι δίκιο

Tα βαρυτικά κύματα είναι ρυτιδώσεις στην επιφάνεια του χωροχρόνου. Προκαλούνται όταν συμβαίνουν κατακλυσμιαία γεγονότα, όπως είναι η σύγκρουση δύο μελανών οπών ή η συγχώνευση δύο pulsars. (photo credit: ryanmarciniak)

«Κυρίες και Κύριοι, το καταφέραμε». Οι φήμες που κυκλοφορούσαν στην επιστημονική κοινότητα εδώ και καιρό ήταν λοιπόν βάσιμες. Την Πέμπτη 11 Φεβρουαρίου 2016, το περιοδικό Nature, το National Science Foundation, το CNRS και η American Astronomical Society ανακοίνωσαν επίσημα την ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων, τα οποία ξέφευγαν από τους αστροφυσικούς εδώ κι έναν αιώνα, όταν την ύπαρξή τους είχε προβλέψει ο Αϊνστάιν στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας.

Στην πραγματικότητα, αυτή η ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων είχε γίνει πριν από 4 μήνες. Ωστόσο, χρειάστηκαν πολυάριθμες αναλύσεις δεδομένων για να μπορέσει να επιβεβαιωθεί αυτή η ιστορική ανακάλυψη για τη φυσική. Οι επιστήμονες που την έκαναν έχουν το Νόμπελ στο τσεπάκι.

Σχεδίασέ μου ένα βαρυτικό κύμα

Ωραία όλ’ αυτά, αλλά τι είναι ένα βαρυτικό κύμα; Κατά πρώτον, τα βαρυτικά κύματα είναι ρυτιδώσεις στην επιφάνεια του χωροχρόνου. Προκαλούνται όταν συμβαίνουν κατακλυσμιαία γεγονότα, όπως είναι η σύγκρουση δύο μελανών οπών ή η συγχώνευση δύο pulsars. Κατά την προσέγγιση, ξεκινάνε ένα χορό σε τροχιά το ένα γύρω από το άλλο, απελευθερώνοντας σταδιακά ποσότητες ενέργειας τόσο τεράστιες που τα κύματα που εκπέμπονται κάνουν το χωροχρόνο να δονείται. Όπως όταν ρίχνεις ένα βότσαλο στην επιφάνεια του νερού: η ενέργεια που απελευθερώνεται διαδίδεται σε κύματα μέσω του υγρού παραμορφώνοντας την ύλη.

Η ανίχνευσή τους, όμως, είχε να υπερβεί δύο σκοπέλους. Πρώτο πρόβλημα, η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας προβλέπει ότι τα διαστημικά αυτά κυματάκια διαδίδονται με την ταχύτητα του φωτός. Δεύτερο πρόβλημα, αυτά τα ατυχήματα μεταξύ ουράνιων σωμάτων βαρέων βαρών έχουν την καλοσύνη να λαμβάνουν χώρα πολύ μακριά από τη γειτονιά μας. Όντας ταυτόχρονα εξαιρετικά γρήγορα και εξαιρετικά ασθενή, έκαναν την ανίχνευσή τους μανίκι.

Μια διάταξη που λέγεται «συμβολόμετρο» στέλνει μία ακτίνα λέιζερ πάνω σ’ έναν καθρέφτη, ώστε να διαρεθεί στα δύο. Καθεμία από τις δύο δέσμες, οι οποίες στέλνονται κάθετα η μία προς την άλλη, διασχίζει ένα «βραχίονα» 4 χλμ. προτού σταλεί πίσω. Το πέρασμα ενός βαρυτικού κύματος θα διαφοροποιήσει, για ένα απειροελάχιστο κλάσμα του δευτερολέπτου, το χρόνο που θα κάνoουν οι δύο δέσμες λέιζερ για το πηγαινέλα. (photo credit: konbini)

Πώς λοιιπόν ανιχνεύτηκαν;

Η απάντηση κρύβεται σ’ ένα ακρωνύμιο: LIGO, για Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory. Μια διάταξη που λέγεται «συμβολόμετρο», κατανεμημένη σε δύο σημεία στις ΗΠΑ, στέλνει μία ακτίνα λέιζερ πάνω σ’ έναν καθρέφτη, ώστε να διαρεθεί στα δύο. Καθεμία από τις δύο δέσμες, οι οποίες στέλνονται κάθετα η μία προς την άλλη, διασχίζει ένα «βραχίονα» 4 χλμ. προτού σταλεί πίσω από έναν καθρέφτη. Το πέρασμα ενός βαρυτικού κύματος θα διαφοροποιήσει, για ένα απειροελάχιστο κλάσμα του δευτερολέπτου, το χρόνο που θα κάνει η μία από τις δύο δέσμες λέιζερ για το πηγαινέλα.

Αυτό που ανιχνεύτηκε ήταν η συγχώνευση πριν από 1,3 δις χρόνια δύο μελανών οπών. Απελευθέρωσε έτσι το αντίστοιχο τριών ηλιακών μαζών σε βαρυτικά κύματα, τα οποία διέσχιζαν το διάστημα επί 1 δις χρόνια ώσπου να έρθουν να χτυπήσουν την επιφάνεια της Γης και να προκαλέσουν μία στρέβλωση της τάξης του ενός χιλιοστού του πρωτονίου. (photo credit: engadget )

Μόλις τα δύο βαρυτικά κύματα ανιχνευτούν, καταγράφονται και αποθηκεύονται σε διάφορα formats, ενώ μπορούν και να ακουστούν. Η διάταξη LIGO δεν είναι η μόνη που αναζητά αδιάκοπα αυτές τις κυματώσεις του χωροχρόνου. Στην Ιταλία, η γαλλοϊταλική εγκατάσταση Virgo ετοιμάζεται να κάνει ακριβώς το ίδιο και, μάλιστα, με ακόμα μεγαλύτερη ακρίβεια.

Αυτό το άγνωστο φυσικό «αντικείμενο» που ανιχνεύτηκε από την ομάδα του LIGO προέρχεται από ένα πολύ ιδιαίτερο γεγονός: την προσέγγιση πριν από 1,3 δις χρόνια κοντά στο Νέφος του Μαγγελάνου δύο μελανών οπών με μάζα 29 και 36 φορές μεγαλύτερη εκείνης του Ήλιου και έκτασης 150 χλμ. εκάστη. Αυτό δημιούργησε μια νέα μελανή οπή, 62 φορές βαρύτερη από το άστρο μας. Απελευθέρωσε έτσι το αντίστοιχο τριών ηλιακών μαζών σε βαρυτικά κύματα, τα οποία διέσχιζαν το διάστημα επί 1 δις χρόνια ώσπου να έρθουν να χτυπήσουν την επιφάνεια της Γης και να προκαλέσουν μία στρέβλωση της τάξης του ενός χιλιοστού του πρωτονίου. Για καλή μας τύχη, είχαμε τον τρόπο να τα μετρήσουμε.

Στην Ιταλία, η γαλλοϊταλική εγκατάσταση Virgo ετοιμάζεται να κάνει τη δική της ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων και, μάλιστα, με ακόμα μεγαλύτερη ακρίβεια. (photo credit: liberation)

Γιατί είναι τόσο σημαντικό;

Η ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων είναι ουσιώδης για πολλούς λόγους. Κατ’ αρχάς, επιτρέπει να επιβεβαιωθεί για άλλη μια φορά η εγκυρότητα της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, πραγματική στήλη της Ροζέττας για την αστροφυσική. Κατά τη διάρκεια της press conference, εξάλλου, οι υπεύθυνοι της LIGO υπογράμμισαν την εκπληκτική ομοιότητα μεταξύ της θεωρίας του Αϊνστάιν και των τιμών που παρατηρήθηκαν από τον ανιχνευτή.

Με την ανακάλυψη αυτή είναι ένα ολόκληρο κομμάτι της φυσικής που κλείνει …και ένα άλλο που ανοίγει. Και όπως είπε ο Thibault Damour, καθηγητής στο ΙΗΕS, στον Monde είναι επίσης «κατά κάποιον τρόπο, η πρώτη άμεση απόδειξη της ύπαρξης μελανών οπών».

Η ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων δίνει την ευκαιρία στους αστροφυσικούς να κοιτάξουν μέσα από την κλειδαρότρυπα νέους τομείς της φυσικής, πράγμα το οποίο θα επιτρέψει να μάθουμε ακόμα περισσότερα για τις πρώτες στιγμές του σύμπαντος και να επιχειρήσουμε να κατανοήσουμε, μεταξύ άλλων, πώς συμπεριφέρεται η ύλη σε ακραίες συνθήκες, όπως αυτή του Big Bang ή της σύγκρουσης μελανών οπών, φαινομένων που μέχρι σήμερα θεωρούσαμε αδύνατο να παρατηρηθούν.

Oι εγκαταστάσεις του συμβολόμετρου LIGO στο Λίβινγκστον της Λουιζιάνα. (photo credit: caltech)

Διαβάστε ακόμα: Ντέμης Χασάμπης: Γιατί η Google εξαγόρασε πανάκριβα την εταιρεία του.

TAGS :
gravitational waves LIGO Science Αϊνστάιν βαρυτικά κύμματα γνώση επιστήμη ζωή θεωρία της σχετικότητας φυσική

x Ακολουθήστε το Andro στο Facebook