Κυριακή, 14 Φεβρουαρίου 2016

ΠΩΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΗΚΝ ΤΑ ΒΑΡΥΤΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ. Η ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΕΠΙΒΕΒΑΙΩΣΗ ΤΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑΣ

Σύμφωνα με τις ανακοινώσεις των δυο εργαστηρίων που παρακολουθούσαν και κατέγραφαν πιθανές μεταβολές σε διατάσεις του χώρου από κάποιο γεγονός, που θα συνέβαινε στο σύμπαν καταγράφηκαν, επιτέλους, μεταβολές στις συσκευές στα δυο αυτά εργαστήρια.

Έχουν περάσει 100 χρόνια από τότε που ο Einstein προέβλεψε στα πλαίσια της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας την ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων. Όταν μια κατανομή ύλης και ενέργειας επιταχύνεται, εκπέμπει αυτό που ονομάζεται βαρυτική ακτινοβολία και που πρόκειται για κυματικές διακυμάνσεις στη γεωμετρία του χώρου. Η ακτινοβολία αυτή έχει ενέργεια, η οποία αφαιρείται από το ακτινοβολούν σύστημα με ρυθμό ο οποίος εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του και υπολογίζεται με βάση τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας. Πριν από περίπου 42 χρόνια οι Russell A. Hulse και Joseph H. Taylor, Jr, επιβεβαίωσαν έμμεσα την ύπαρξη της βαρυτικής ακτινοβολίας. Συγκεκριμένα οι ερευνητές αυτοί παρατήρησαν ότι η συχνότητα περιστροφής ενός συστήματος διπλού αστέρα αλλάζει λόγω απώλειας ενέργειας με ρυθμό εκείνον ακριβώς που προβλέπει η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας όταν οφείλεται σε βαρυτική ακτινοβολία. Για την ανακάλυψή τους αυτή οι Hulse και Τaylor τιμήθηκαν με το βραβείο Nobel φυσικής το 1993. Ωστόσο, δεν είχαν παρατηρήσει κατ’ ευθείαν τα βαρυτικά κύματα. Είχαν συμπεράνει την ύπαρξή τους έμμεσα από τη χρονική εξέλιξη ενός συστήματος, που αναμενόταν να εκπέμπει βαρυτική ακτινοβολία. 

Η απ’ ευθείας ανίχνευση της βαρυτικής ακτινοβολίας, που αναζητούσαν οι φυσικοί ήδη από τη δεκαετία του ’60, βασίζεται στο ότι είναι διακύμανση της γεωμετρίας του χώρου. Αυτό σημαίνει ότι πρόσπτωση ενός βαρυτικού κύματος σε κάποιο σώμα έχει ως συνέπεια την μεταβολή των διαστάσεών του, και μάλιστα με πολύ χαρακτηριστικό τρόπο, που την κάνει να ξεχωρίζει από άλλες τυχαίες αιτίες. Όταν ειδικότερα το σώμα έχει σχήμα Γ τα μήκη των σκελών του αυξομειώνονται περιοδικά, με διαφορά φάσης 180 μοιρών. Στη μισή περίοδο το μήκος του ενός σκέλους μεγαλώνει και του άλλου μικραίνει, ενώ στην επόμενη μισή περίοδο το πρώτο μικραίνει και το δεύτερο μεγαλώνει. Καθένας από τους δύο ανιχνευτές του LIGO είναι ένα σύστημα δύο «ράβδων» σε σχήμα Γ και με μήκος 4 χιλιομέτρων η κάθε μία, ενώ με μία μέθοδο βασισμένη στο φαινόμενο της κυματικής συμβολής μπορούν οι ερευνητές να προσδιορίζουν μεταβολές στο μήκος τους τόσο μικρές όσο το 1/1000 της ακτίνας ενός ατομικού πυρήνα! Είναι εγκατεστημένοι ο ένας στο Hanford της πολιτείας Washington και ο άλλος στο Livingston της Louisiana των ΗΠΑ. Στις 14 Σεπτεμβρίου 2015 και ώρα Greenwich 09:50:45, οι δύο αυτοί ανιχνευτές κατέγραψαν σήμα με τα παραπάνω χαρακτηριστικά. Η εξαντλητική ανάλυση, που ακολούθησε, έδειξε ότι το σήμα ήρθε από απόσταση περί το 1 δις έτη φωτός και ότι οφείλεται στην σύγκρουση και συγχώνευση σε μία δύο μελανών οπών, με μάζα η καθεμία περί τις 30 ηλιακές μάζες. Η ενέργεια που εκλύθηκε υπό μορφή βαρυτικής ακτινοβολίας στη διάρκεια των μερικών χιλιοστών του δευτερολέπτου που διήρκεσε το φαινόμενο, εκτιμάται οτι ισοδυναμεί με την ενέργεια ηρεμίας τριών ηλιακών μαζών.

Είναι η πρώτη ευθεία απόδειξη της ύπαρξης βαρυτικής ακτινοβολίας, η πρώτη παρατήρηση διπλών συστημάτων μελανών οπών αστρικού μεγέθους και η πρώτη παρατήρηση συγχώνευσης δύο τέτοιων οπών σε μία. 

Με την ανακάλυψη αυτή καθιερώνεται ένας νέος τρόπος διερεύνησης του Σύμπαντος, βασισμένος όχι στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, όπως γινόταν μέχρι σήμερα, αλλά στη βαρυτική. Σύντομα πιστεύουμε θα δούμε πολλά παρόμοια γεγονότα, τα οποία ανάμεσα σε άλλα θα οδηγήσουν και στην καλύτερη κατανόηση των ιδιοτήτων, του σχηματισμού και της χρονικής εξέλιξης των μελανών οπών.