Η νέα εποχή θα φέρει... επανάσταση στο σύμπαν
Μιλάει στην «Κ» η δρ Ρόουαν που μελετά τα βαρυτικά κύματα επί 25 έτη
Οι ανιχνευτές του πειράματος για τον εντοπισμό βαρυτικών κυμάτων LIGO ξαναπαίρνουν μπρος αυτόν τον μήνα, ύστερα από ένα εξάμηνο διάλειμμα για αναβαθμίσεις. Πριν από ένα χρόνο, στις 14 Σεπτεμβρίου 2015, οι συσκευές αυτές κατάφεραν να παρατηρήσουν για πρώτη φορά βαρυτικά κύματα που προέρχονταν από την ένωση δύο υπερμεγέθων μαύρων τρυπών· κύματα που την ύπαρξή τους είχε προβλέψει ο Αλμπερτ Αϊνστάιν πριν από 100 χρόνια. To πείραμα LIGO του οποίου τα αποτελέσματα έφεραν επανάσταση στον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβανόμαστε το σύμπαν, «δεν θα σταματήσει να μας εκπλήσσει», τονίζει η Σίλα Ρόουαν –ένα από τα βασικά μέλη της διεθνούς αυτής επιστημονικής συνεργασίας– η οποία μελετά τα βαρυτικά κύματα εδώ και 25 χρόνια.
Σημαντική ανακοίνωση
Στη διάρκεια του μεγαλύτερου ευρωπαϊκού συνεδρίου γενικής επιστήμης ESOF2016, η «Κ» συνάντησε τη δρα Ρόουαν, καθηγήτρια Φυσικής και Αστρονομίας και διευθύντρια του Ινστιτούτου Βαρυτικής Ερευνας στο Πανεπιστήμιο της Γλασκώβης, και μίλησε μαζί της για τις ελπίδες που τρέφει η επιστημονική κοινότητα από τη δεύτερη φάση λειτουργίας του πειράματος LIGO. – Μόλις λίγες εβδομάδες μετά την πρώτη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων υπήρξε και μια δεύτερη, που ανακοινώθηκε τον Ιούνιο. Τι μας διδάσκει αυτή η δεύτερη παρατήρηση;
– Η δεύτερη ανίχνευση έγινε πράγματι τρεις μήνες μετά την πρώτη, συγκεκριμένα την επόμενη ημέρα των Χριστουγέννων. Η παρατήρηση αυτή είναι σημαντική κυρίως για δύο λόγους. Ο πρώτος είναι ότι και τα δύο γεγονότα προέρχονται από τη συγχώνευση δύο μαύρων τρυπών και, δεδομένου του σύντομου χρονικού διαστήματος μεταξύ των δύο παρατηρήσεων, μας κάνει να αναλογιστούμε ότι εκεί έξω υπάρχει ένα πλήθος τέτοιων πηγών. Αρχίζουμε λοιπόν να πιστεύουμε ότι τέτοιου είδους συστήματα δεν αποτελούν εξαίρεση. Παραδείγματος χάριν, εάν κάποιος δεν έχει δει ποτέ του σκύλο, και ο πρώτος σκύλος που θα αντικρίσει έχει τρία πόδια, τότε θα σκεφτεί ότι ο σκύλος είναι ένα ζώο με τρία πόδια. Θα χρειαστεί να συναντήσει κανείς περισσότερους από έναν σκύλους για να καταλήξει στο συμπέρασμα ότι ο σκύλος είναι ένα ζώο με τέσσερα πόδια, και ότι ο πρώτος που είχε συναντήσει είχε πιθανώς κάποιο ατύχημα που του προσέδωσε αυτήν την ιδιαιτερότητα. Το ίδιο συμβαίνει και στην περίπτωσή μας με τα συστήματα των μαύρων τρυπών.
Ο δεύτερος λόγος είναι ότι ανακαλύπτοντας μια οικογένεια τέτοιων πηγών μπορούμε να συγκεντρώσουμε πληροφορίες σχετικά με το πώς αυτές σχηματίστηκαν και να μετρήσουμε τις ιδιότητές τους. Πριν γίνουν αυτές οι παρατηρήσεις είχαμε μόνο θεωρίες. Εάν όμως καταφέρουμε κάποια στιγμή να μετρήσουμε τη στροφορμή και την κατεύθυνση της στροφορμής των μαύρων τρυπών, θα μπορέσουμε να βγάλουμε συμπεράσματα σχετικά με τον τρόπο που αυτές σχηματίστηκαν. Εάν για παράδειγμα η στροφορμή μιας μαύρης τρύπας έχει την ίδια κατεύθυνση με εκείνη μιας δεύτερης, αυτό πιθανώς να σημαίνει ότι έχουν την ίδια προέλευση, ενώ στην αντίθετη περίπτωση μπορεί κανείς να υποθέσει ότι δημιουργήθηκαν ανεξάρτητα η μία από την άλλη, και κάποια στιγμή ήρθαν κοντά σχηματίζοντας ένα διπλό σύστημα μαύρων τρυπών. – Σε πόσο καιρό θα μπούμε στην πολυσυζητημένη εποχή της αστρονομίας βαρυτικών κυμάτων;
– Εχουμε ήδη μπει. Ομως όσο αυξάνουμε την ευαισθησία των ανιχνευτών θα παρατηρούμε όλο και περισσότερα τέτοια γεγονότα. Σε δύο χρόνια, και με συνεχείς αναβαθμίσεις, μπορεί να φτάσουμε να παρατηρούμε και ένα τέτοιο γεγονός την ημέρα! Και αυτή η νέα εποχή δεν θα φέρει επανάσταση μόνο στη μελέτη των μαύρων τρυπών, τις οποίες πολύ πιθανόν να μην καταφέρναμε να παρατηρήσουμε μόνο με ηλεκτρομαγνητικές μετρήσεις. Αυτή η εποχή θα προσφέρει γενικά έναν νέο τρόπο μελέτης του σύμπαντος. Παραδείγματος χάριν, στην περίπτωση των υπερκαινοφανών αστέ-
Σε δύο χρόνια και με συνεχείς αναβαθμίσεις των ανιχνευτών μπορεί να φτάσουμε να παρατηρούμε και ένα τέτοιο γεγονός την ημέρα!
ρων ή σουπερνόβα, παρότι αυτά εκπέμπουν ένα οπτικό σήμα, ο μηχανισμός που λαμβάνει χώρα όταν εκρήγνυται το εσωτερικό ενός αστεριού αποτελεί ακόμα μυστήριο, το οποίο ίσως καταφέρουμε να διαλευκάνουμε με τη βοήθεια των βαρυτικών κυμάτων. Επίσης, από ηλεκτρομαγνητικές μετρήσεις γνωρίζουμε πια ότι το σύμπαν μας όχι μόνο διαστέλλεται αλλά η διαστολή του είναι επιταχυνόμενη. Ωστόσο, πρόσφατες αποδείξεις έδειξαν ότι διαφορετικές ηλεκτρομαγνητικές μετρήσεις καταλήγουν σε ελαφρώς διαφορετικές απαντήσεις σχετικά με τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος. Αντίθετα, με τα σήματα βαρυτικών κυμάτων που λαμβάνουμε θα μπορούμε στο μέλλον να εξάγουμε ασφαλή συμπεράσματα σχετικά με τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος, όπως αυτός βιώνεται από τη βαρύτητα και όχι από το φως. – Αφού τα βαρυτικά κύματα δεν τα βλέπουμε, πώς καταφέρνουμε να τα ανιχνεύσουμε;
– Αυτό που ανιχνεύουμε είναι μια δόνηση. Με το πέρασμα των βαρυτικών κυμάτων ανάμεσα σε σημεία ή αντικείμενα στον χώρο αλλάζει η απόσταση μεταξύ τους, οπότε αυτό που ανιχνεύουμε στην ουσία είναι δονούμενοι χώροι. Η όλη διαδικασία θυμίζει κάπως τη λειτουργία του πικάπ στο οποίο η βελόνα κινείται πάνω στα αυλάκια του δίσκου, «νιώθει» τις δονήσεις και τις μεταφράζει, μέσω ενός ηχείου, σε ήχο.
Οι δονήσεις
Κάποιος θα μπορούσε να φανταστεί ότι ο δίσκος είναι ο ουρανός, η βελόνα ο ανιχνευτής και τα αυλάκια του δίσκου οι δονήσεις στο Διάστημα. Κατά τον ίδιο τρόπο εμείς έχουμε κατασκευάσει μεγάλους ανιχνευτές που «νιώθουν» τις δονήσεις του χώρου τη στιγμή που περνούν ανάμεσά τους βαρυτικά κύματα. Στη συνέχεια παίρνουμε αυτές τις δονήσεις, τις μετατρέπουμε σε ήχο και τις ακούμε. – Και αρκεί αυτός ο ήχος για να διακρίνετε την πηγή των βαρυτικών κυμάτων;
– Ακριβώς. Οι ιδιότητες της πηγής είναι κωδικοποιημένες μέσα στο σήμα, δηλαδή στη δόνηση, και στη συνέχεια στον ήχο στον οποίο την έχουμε μετατρέψει. Είναι σαν να ακούς το κελάηδισμα πουλιών και να αναγνωρίζεις το είδος του πτηνού μόνο από τον ήχο. Μια τσιριχτή φωνή ίσως να προέρχεται από ένα μικρό πουλί, ενώ μια πάπια βγάζει τελείως διαφορετικό ήχο. – Aραγε, πόσα βαρυτικά κύματα μας διαπερνούν αυτή τη στιγμή που μιλάμε;
– Βαρυτικά κύματα, είτε αυτά είναι απομεινάρια της Μεγάλης Εκρηξης είτε προέρχονται από αυτές τις μαύρες τρύπες, μας διαπερνούν συνεχώς. Μόνο που είναι τόσο αμυδρά που είναι αδύνατο να τα αισθανθούμε. Γι’ αυτό και για να τα «νιώσουμε» αναγκαζόμαστε να χτίσουμε αυτούς τους μεγάλους ανιχνευτές.