Αρχική > επιστήμη > Βρήκαμε Βαρυτικά Κύματα!

Βρήκαμε Βαρυτικά Κύματα!

Ενα νέο παράθυρο στο Σύμπαν

 

Ενα νέο παράθυρο στο Σύμπαν

 

Εναν αιώνα μετά την πρώτη δημοσίευση του Αλμπερτ Αϊνστάιν για τα βαρυτικά κύματα, επιστήμονες του Παρατηρητηρίου Βαρυτικών Κυμάτων Μέσω Συμβολόμετρου Λέιζερ (LiGO) στις ΗΠΑ ανακοίνωσαν ότι μπόρεσαν να τα ανιχνεύσουν για πρώτη φορά, ανοίγοντας με αυτόν τον τρόπο ένα νέο παράθυρο στο Σύμπαν.

ΕΘΝΟΣ, 12/2/2016

«Ναι, καταφέραμε να καταγράψουμε τα βαρυτικά κύματα», ανέφερε χαρακτηριστικά ο καθηγητής Ντέιβιντ Ρέιτζε που ηγείται της ερευνητικής ομάδας.

«Ανοίγουμε ένα νέο παράθυρο στο Σύμπαν», τόνισε ο καθηγητής. «Αυτά τα κύματα αποκαλύπτουν τις κινήσεις για τη δημιουργία μιας μαύρης τρύπας», συμπληρώνει. «Είναι η πρώτη φορά που ακούμε το Σύμπαν να μας "μιλά", καθώς αυτά τα κύματα δημιουργούν εκτός από κίνηση, την οποία το ανθρώπινο μάτι αδυνατεί να αντιληφθεί, και ήχο».

Η πηγή των βαρυτικών κυμάτων είναι μία σύγκρουση και συγχώνευση δύο τεράστιων μαύρων τρυπών, με μάζες περίπου 30 φορές μεγαλύτερη του Ηλιου, σε απόσταση 1,3 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη. Το συμβάν αυτό απελευθερώνει τεράστια μάζα-ενέργεια με τη μορφή βαρυτικών κυμάτων, τα οποία έγιναν αντιληπτά από τους ανιχνευτές του LiGO. Κι όπως τόνισε ο Ρέιτζε, μέσω των βαρυτικών κυμάτων παρατηρήθηκε για πρώτη φορά μια συγχώνευση δύο μαύρων οπών, μια απόδειξη ότι οι μαύρες τρύπες όντως υπάρχουν.

Παρελθόν
Τα βαρυτικά κύματα, που είχαν προβλεφθεί από τη Γενική Θεωρία Σχετικότητας του Αϊνστάιν πριν από έναν αιώνα, αλλά ποτέ δεν είχαν παρατηρηθεί άμεσα μέχρι σήμερα, είναι ρυτιδώσεις στην ίδια την υφή του χωροχρόνου – κυματισμοί που πηγάζουν από βίαια κοσμικά φαινόμενα και διαδίδονται στο Σύμπαν με την ταχύτητα του φωτός.

Ενα νέο παράθυρο στο Σύμπαν

Τα κύματα αυτά παράγονται από την επιτάχυνση σωμάτων μεγάλης μάζας, όπως για παράδειγμα άστρα νετρονίων και μαύρες τρύπες που κινούνται σπειροειδώς η μία προς την άλλη και τελικά συγχωνεύονται.

Μέχρι σήμερα, ψευδή σήματα και ανεπαρκή όργανα εμπόδιζαν την ανίχνευσή τους, καθώς τα μακρινά βαρυτικά κύματα φθάνουν στη Γη σχετικά εξασθενημένα.

Αυτήν τη φορά το σήμα που ανιχνεύθηκε συμφωνεί απολύτως με τις θεωρητικές προβλέψεις του Αϊνστάιν κι όπως εξήγησε η Γκάμπι Γκονζάλεθ, ερευνήτρια της LiGO, το πρώτο σήμα εντοπίστηκε στη Λουιζιάνα, ενώ μία ώρα αργότερα εντοπίστηκε ένα παρόμοιο σήμα, στην Ουάσιγκτον.

Το LiGO αποτελείται από δύο πανομοιότυπους υπερευαίσθητους ανιχνευτές, κατασκευασμένους από ερευνητές του Caltech και του ΜΙΤ με χρηματοδότηση του NSF, οι οποίοι είναι εγκατεστημένοι σε απόσταση περίπου 3.000 χιλιομέτρων μεταξύ τους, ο ένας στο Λίβινγκστον της Λουιζιάνα και ο άλλος στο Χάνφορντ της Ουάσιγκτον.

Κάθε ανιχνευτής έχει δύο βραχίονες τεσσάρων χιλιομέτρων σε σχήμα «L», κατά μήκος των οποίων στέλνεται μια ακτίνα λέιζερ, που διαχωρίζεται σε δύο και μετά ανακλάται πάλι πίσω. Το πείραμα προσπαθεί να «πιάσει» τις ανεπαίσθητες δονήσεις που αφήνουν στο πέρασμά τους από τη Γη τα βαρυτικά κύματα, καθώς επί εκατομμύρια έτη ταξιδεύουν στο Σύμπαν με την ταχύτητα του φωτός. Ενα διερχόμενο από τον πλανήτη μας βαρυτικό κύμα μεταβάλλει απειροελάχιστα -αλλά μετρήσιμα- την απόσταση που διανύει η ακτίνα λέιζερ στους ανιχνευτές LiGO.

Ενα νέο παράθυρο στο Σύμπαν

Η ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων -εφόσον επιβεβαιωθεί- μεταξύ άλλων ανοίγει ένα τελείως νέο πεδίο στην αστρονομία: την «αστρονομία βαρυτικών κυμάτων» ή «βαρυτική αστρονομία», που θα προστεθεί στην οπτική αστρονομία, στη ραδιοαστρονομία, στην αστρονομία ακτίνων-Χ, υπερύθρων και νετρίνων.

Η βαρυτική αστρονομία θα «ακούει» -παρά θα «βλέπει»- πράγματα άγνωστα έως τώρα, εφόσον τα βαρυτικά κύματα, καθώς ταξιδεύουν στο Σύμπαν, δεν εμποδίζονται από τίποτε. Επιπλέον θα αποτελέσει το καλύτερο ίσως «παράθυρο» για τη μελέτη του προέλευσης του Σύμπαντος, αφού τα βαρυτικά κύματα υπήρχαν εξαρχής, πολύ πριν «γεννηθεί» το φως στον κόσμο.

Βίκυ Καλογερά
Η Ελληνίδα ερευνήτρια

Στη διεθνή επιστημονική κοινοπραξία LIGO συμμετέχει εδώ και 15 χρόνια ως βασική ερευνήτρια μία κορυφαία Ελληνίδα επιστήμων της διασποράς, η Βίκυ Καλογερά, καθηγήτρια αστροφυσικής του Πανεπιστημίου Northwestern του Σικάγου.

Η κυρία Καλογερά είχε μιλήσει στο «Εθνος» για την έρευνα πάνω στα βαρυτικά κύματα (επτά ημέρες πριν την επίσημη ανακοίνωση) και είχε δηλώσει πως η ανακάλυψή τους θα αποδειχθεί πολύ σημαντική: «Είναι σαν να ανοίγουμε ένα καινούργιο παράθυρο και κοιτάζουμε το Σύμπαν με έναν εντελώς διαφορετικό τρόπο. Πριν από 100 χρόνια, βλέπαμε μόνο με οπτικά κύματα. Δεν ξέραμε τίποτα για ραδιοκύματα και ακτίνες Χ. Με κάθε εξέλιξη της έρευνας ανοίγαμε νέα παράθυρα, ανακαλύψαμε Γαλαξίες, αστέρια και μάθαμε περισσότερα πράγματα για το Σύμπαν», είχε πει. Η κ. Βίκυ Καλογερά τιμάται φέτος με το μεγάλο βραβείο από την Αμερικανική Φυσική Εταιρεία για το 2016 στον τομέα Αστροφυσικής και Πυρηνικής Φυσικής.

ΧΡΥΣΟΥΛΑ ΚΑΤΣΑΡΟΥ

 

 

Βαγγέλης Πρατικάκης, ΤΟ ΒΗΜΑ, 11.2.2016

Η ύπαρξη των βαρυτικών κυμάτων επιβεβαιώνεται

H ιστορική στιγμή δικαίωσης του Αϊνστάιν έρχεται από τους αμερικανούς ερευνητές του πειράματος LIGO

Η ύπαρξη των βαρυτικών κυμάτων επιβεβαιώνεται

Η επιτάχυνση αντικειμένων μεγάλης μάζας δημιουργεί κυματισμούς στον ίδιο τον χωροχρόνο

Ουάσινγκτον

Ακριβώς πριν από 100 χρόνια, ο πατέρας της Σχετικότητας προέβλεψε την ύπαρξή αυτού του παράξενου φαινομένου, αργότερα όμως άλλαξε γνώμη και μάλιστα αρκετές φορές. Ακριβώς εκατό χρόνια μετά, το αμερικανικό πείραμα LIGO φαίνεται πως επιβεβαίωσε τον Άλμπερτ Αϊνστάιν για τα περίφημα βαρυτικά κύματα.

«Κυρίες και κύριοι, ανιχνεύσαμε βαρυτικά κύματα. Τα καταφέραμε!» ανακοίνωσε πανηγυρικά ο Ντέιβιντ Ρέιτζε, εκτελεστικός διευθυντής του LIGO, μιλώντας σε συνέντευξη Τύπου του αμερικανικού Εθνικού Ιδρύματος Επιστήμης το απόγευμα της Πέμπτης στην Ουάσινγκτον.

Στις 14 Σεπτεμβρίου, ανέφερε η εκπρόσωπος του πειράματος Γκέιμπι Γκονζάλες, και οι δύο ανιχνευτές LIGO στις ΗΠΑ, οι οποίοι απέχουν μεταξύ τους 3.000 χιλιόμετρα, κατέγραψαν το πολυπόθητο σήμα με διαφορά 7 χιλιοστών του δευτερολέπτου -όσο θα περίμενε κανείς για ένα κύμα που ταξιδεύει με την ταχύτητα του φωτός.

«Μπορεί κανείς να πιστέψει ότι οι παραμορφώσεις είναι αληθινές μόνο αν τις δει σε δύο μέρη που βρίσκονται σε απόσταση μεταξύ τους» εξήγησε η Γκονζάλες.

Δύο από τους βασικούς συντελεστές του LIGO, ο Ράινερ Ράις του MIT (A) και ο Κιπ Θορν του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Καλιφόρνια (Caltech) αγκαλιάστηκαν κατά την ανακοίνωση της ανακάλυψης στην Ουάσινκγτον (Reuters)

Το σήμα προήλθε από δύο μαύρες τρύπες σε απόσταση 1,2 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη. Οι μαύρες τρύπες βρέθηκαν σε μικρή απόσταση μεταξύ τους, κινήθηκαν σπειροειδώς η μία προς την άλλη και τελικά συγκρούστηκαν και συγχωνεύτηκαν, παράγοντας πανίσχυρα κύματα που έφτασαν μέχρι τους ανιχνευτές.

Εκεί καταγράφηκε μια απειροελάχιστη μεταβολή, μικρότερη από τη διάμετρο ενός πρωτονίου, στις διαστάσεις δύο κάθετων σωλήνων μήκους 4 χιλιομέτρων. Εκείνη τη στιγμή, ολόκληρη η Γη τεντώθηκε και συρρικνώθηκε ανεπαίσθητα.

Το σήμα μετατράπηκε από τους ερευνητές σε ηχητικό αρχείο, το οποίο τους επέτρεψε να ακούσουν τον ήχο δύο μελανών οπών που συγκρούονται.

O «ήχος» της σύγκρουσης δύο μελανών οπών

Η ανακάλυψη έχει γίνει δεκτή για δημοσίευση σε μια σειρά άρθρων στις επιθεωρήσεις Physical Review Letters και The Astrophysical Journal. Η στατιστική αξιοπιστία των ευρημάτων φτάνει μάλιστα τα «5,1 σίγμα», πάνω από το όριο των 5 σίγμα που θεωρείται συνήθως το στάνταρντ για την επιβεβαίωση ανακαλύψεων στο χώρο της σωματιδιακής φυσικής.

Εφόσον αντέξει τον έλεγχο της επιστημονικής κοινότητας, η ανακάλυψη πιστεύεται ευρέως ότι θα βραβευτεί με Νομπέλ, πιθανώς ρφέτος.

Από τη βαρύτητα στα βαρυτικά κύματα

Η μεγάλη επανάσταση που έφερε η γενική Σχετικότητα του Αϊνστάιν είναι ότι περιέγραψε τη δύναμη της βαρύτητας ως παραμόρφωση του χώρου και του χρόνου.

Αν κανείς φανταστεί τον τετρασδιάστατο χωροχρόνο ως επίπεδη επιφάνεια, οποιαδήποτε μάζα υπάρχει σε αυτήν την επιφάνεια δημιουργεί ένα βαθούλωμα, σαν να αφήνει κανείς ένα καρπούζι πάνω σε τεντωμένο σεντόνι.

Το 1916, ένα χρόνο μετά τη δημοσίευση της θεωρίας της γενικής σχετικότητας, ο Αϊνστάιν προέβλεψε ότι τα αντικείμενα μεγάλης μάζας που κινούνται επιταχυνόμενα παράγουν κυματισμούς στον χωροχρόνο που διαδίδονται προς όλες τις κατευθύνσεις με την ταχύτητα του φωτός.

Τα κύματα αυτά ονομάστηκαν βαρυτικά επειδή παραμορφώνουν το «σεντόνι» του χωροχρόνου όπως η βαρύτητα.

Πρακτικά, τα βαρυτικά κύματα τεντώνουν τον χώρο σε μια διάσταση (ας πούμε κατά μήκος) και τον συμπιέζουν σε μια άλλη (ας πούμε κατά πλάτος), μεταβάλλοντας ανεπαίσθητα τις διαστάσεις των αντικειμένων που συναντούν την πορεία τους.

Το πρόβλημα είναι ότι δεν μπορεί να μετρήσει κανείς αυτή τη μεταβολή με έναν απλό χάρακα –ο ίδιος ο χάρακας θα μάκραινε ή θα γινόταν κοντύτερος μαζί με το αντικείμενο που θα έπρεπε να μετρήσει.

Στους ανιχνευτές LIGO, δύο κάθετες δέσμες λέιζερ μετρούν με ακρίβεια το μήκος δύο σωλήνων μήκους 4 χιλιομέτρων (Πηγή: LIGO)

Τη λύση έδωσαν οι ανιχνευτές LIGO, οι οποίοι άρχισαν να συλλέγουν δεδομένα το 2001 και αναβαθμίστηκαν πέρυσι, λίγο πριν καταγράψουν το πολυπόθητο σήμα.

Καθένας από τους ανιχνευτές αποτελείται από δύο κάθετους βραχίονες μήκους 4 χιλιομέτρων, μέσα στους οποίους αναπηδούν δύο κάθετες δέσμες λέιζερ.

Τα λέιζερ ουσιαστικά συγκρίνουν διαρκώς το μήκος των δύο κάθετων σωλήνων και καταγράφουν απειροελάχιστες αποκλίσεις, 10.000 φορές μικρότερες από ένα πρωτόνιο -τόσο μικρές που οι μετρήσεις πρέπει να διακόπτονται κάθε φορά που περνά ένα τρένο σε απόσταση πολλών χιλιομέτρων ή ένα δέντρο πέφτει με γδούπο.

Το σήμα που καταγράφηκε στις 14 Σεπτεμβρίου υπολογίζεται ότι προέρχεται από τη σύγκρουση δύο μελανών οπών με μάζα 29 φορές και 36 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Ήλιου.

Προσμοίωση των βαρυτικών κυμάτων που παρήγαγαν οι μαύρες τρύπες

Η σύγκρουση απελευθέρωσε ενέργεια που αντιστοιχεί σε 3 φορές τη μάζα του Ήλιου (η ενέργεια και η μάζα είναι ισοδύναμες στη Σχετικότητα) και εξαπλώθηκε στο Διάστημα από τα βαρυτικά κύματα.

Η ενέργεια αυτή είναι μεγαλύτερη από ό,τι εκπέμπουν στον ίδιο χρόνο όλα τα άστρα του ορατού Σύμπαντος μαζί.

«Είναι μακράν η πιο ισχυρή έκρηξη που έχει καταγράψει ο άνθρωπος μετά τη Μεγάλη Έκρηξη» επεσήμανε ο Κιπ Θορν του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Καλιφόρνια (Caltech), βασικός συντελεστής της προσπάθειας

Παράθυρο στο Σύμπαν

Εκτός του ότι επιβεβαιώνει τον Αϊνστάιν, η ανακάλυψη στο LIGO αναμένεται να προσφέρει 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.

Βαρυτικά κύματα πιστεύεται για παράδειγμα ότι παράγονται από άστρα νετρονίων και μαύρες τρύπες που συγκρούονται ή ακόμα και από γερασμένα άστρα που εκρήγνυνται σε σουπερνόβα (το υλικό τους επιταχύνεται απότομα καθώς εκτοξεύεται προς τα έξω).

Ακόμα και ο κλάδος της κοσμολογίας θα είχε πολλά να κερδίσει από την παρατήρηση αυτών των ρυτιδώσεων στον χωροχρόνο: βαρυτικά κύματα πιστεύεται ότι κατέκλυσαν ολόκληρο το Σύμπαν μια στιγμή μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

Τον Μάρτιο του 2014, διεθνής ερευνητική ομάδα προκάλεσε σάλο όταν ανακοίνωσε ότι εντόπισε ίχνη μιας ιδιαίτερης κατηγορίας βαρυτικών κυμάτων, τα οποία πρέπει να εμφανίστηκαν μια στιγμή μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Η μελέτη όμως τέθηκε υπό αμφισβήτηση, και η ύπαρξη των βαρυτικών κυμάτων παρέμενε ανεπιβεβαίωτη μέχρι σήμερα.

Τώρα που η θεωρία επιβεβαιώνεται, οι ερευνητές του LIGO έχουν λόγο να συνεργαστούν ακόμα πιο στενά με αντίστοιχα πειράματα σε άλλες χώρες, όπως οι ευρωπαϊκοί ανιχνευτές GEO600 και Virgo.

Για το μέλλον σχεδιάζονται ακόμα μεγαλύτεροι ανιχνευτές, αποτελούμενοι από δορυφόρους που μετρούν με ακρίβεια τη μεταξύ τους απόσταση.

Παράδειγμα είναι η αποστολή LISA της ευρωπαϊκής διαστημικής υπηρεσίας ESA, η οποία προγραμματίζεται να εκτοξευτεί το 2034.

Σχόλια αναγνωστών (17)

Advertisements
Κατηγορίες:επιστήμη Ετικέτες: , , ,
  1. Δεν υπάρχουν σχόλια.
  1. No trackbacks yet.

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Αρέσει σε %d bloggers: