Ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA) δηλώνει ενθουσιασμένος με την ανακοίνωση της ανίχνευσης των βαρυτικών κυμάτων και ανυπομονεί για την έναρξη της αποστολής του που θα δοκιμάσει τεχνολογίες οι οποίες θα μπορούσαν να επεκτείνουν τη μελέτη αυτών των εξωτικών κυμάτων στο διάστημα.
Τα βαρυτικά κύματα δεν είναι πια φευγαλέα: μια συναρπαστική ανακάλυψη που βρίσκεται 100 χρόνια στα σκαριά.
Τον Νοέμβριο του 1915, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν παρουσίασε τη γενική θεωρία της σχετικότητας, εισάγοντας μια δραματική αλλαγή στην προοπτική της φυσικής κατανόησης της μιας από τις τέσσερις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις της φύσης: τη βαρύτητα.
Αυτή η θεωρία περιγράφει τη βαρύτητα και τον τρόπο αλληλεπίδρασης της ύλης με τον ευέλικτο «χωροχρόνο» που είναι ενσωματωμένη. Τεράστια σώματα παραμορφώνουν τον χωροχρόνο αλλάζοντας την καμπυλότητα του καθώς κινούνται.
Όταν επιταχύνονται τα μεγάλα σώματα παράγουν μικροσκοπικές διακυμάνσεις στον ιστό του χωροχρόνου – βαρυτικά κύματα – που είχαν προβλεφθεί για πρώτη φορά σε περαιτέρω μελέτη που δημοσιεύθηκε από τον Αϊνστάιν το 1918. Αυτές οι μικροσκοπικές κοσμικές διαταραχές τελικά αποκαλύφθηκαν μετά από σχεδόν έναν αιώνα θεωρητικών ερευνών και πειραματικών αναζητήσεων.
Η ανακάλυψη ανακοινώθηκε χθες από τους επιστήμονες της συνεργασίας Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO.
Το LIGO περιλαμβάνει δύο ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων στο Λίβινγκστον, Λουιζιάνα και στο Χάνφορντ, Ουάσινγκτον, ΗΠΑ, και εμπλέκει πάνω από χίλιους επιστήμονες από όλο τον κόσμο. Το πείραμα χρησιμοποιεί ακτίνες λέιζερ για να παρακολουθεί δύο κάθετα σκέλη, με το καθένα να εκτείνεται 4 χιλιόμετρα, που ψάχνουν για μικροσκοπικές αλλαγές στο μήκος τους που θα μπορούσαν να προκληθούν από περαστικά κύματα βαρύτητας.
Πρόσφατα αναβαθμισμένο σε Advanced LIGO, το πείραμα πέτυχε αυτό το ιστορικό αποτέλεσμα κατά την πρώτη παρατήρηση που έτρεξε με τη νέα ρύθμιση, η οποία συνέλλεξε δεδομένα μεταξύ Σεπτεμβρίου 2015 και Γενάρη 2016.
«Αυτή είναι τεράστια είδηση για όλους εκείνους που μελετούν τη βαρύτητα και τη γενική σχετικότητα, και στέλνουμε τα πιο θερμά συγχαρητήριά μας στους συναδέλφους στη συνεργασία LIGO για το εξαιρετικό αποτέλεσμα τους», λέει ο Πολ ΜακΝαμάρα, επιστήμονας του έργου LISA Pathfinder της ESA.
Το LISA Pathfinder είναι η αποστολή επίδειξης τεχνολογίας της ESA για πιθανές μελλοντικές αποστολές που θα παρατηρήσει τα βαρυτικά κύματα από το διάστημα. Το διαστημικό σκάφος που εκτοξεύθηκε στις 3 Δεκεμβρίου 2015, έφτασε στην επιχειρησιακή τροχιά του τον Ιανουάριο και βρίσκεται στο στάδιο τελικών ελέγχων πριν από την έναρξη της επιστημονικής αποστολής της την 1η Μαρτίου.
«Με το LISA Pathfinder θα ελέγξουμε την υποκείμενη τεχνολογία για να παρατηρήσουμε τα βαρυτικά κύματα από το διάστημα, και είναι ακόμα πιο ενθαρρυντικό να γνωρίζουμε ότι αυτές οι – για πολύ καιρό – μυστηριώδεις διακυμάνσεις έχουν πλέον άμεσα εντοπιστεί», προσθέτει ο Πολ.
Μια πρώτη έμμεση επιβεβαίωση ότι υπάρχουν τα βαρυτικά κύματα ήρθε στα τέλη της δεκαετίας του 1970 με τις παρατηρήσεις ενός ζεύγους άστρων νετρονίων – τους νεκρούς πυρήνες των μεγάλων άστρων – που βρίσκονταν σε μεγάλης ταχύτητας τροχιά το ένα γύρω από το άλλο.
Ένα από τα δύο αστέρια νετρονίων εμφανίζεται ως παλλόμενη πηγή ραδιοκυμμάτων, ή πάλσαρ, το οποίο επέτρεψε ακριβείς χρονικές μετρήσεις του συστήματος. Δεδομένου ότι τα δύο αστρικά υπολείμματα κύκλωναν το ένα το άλλο, οι επιστήμονες παρατήρησαν ότι κινούνται σε πιο σφιχτές και πιο γρήγορες τροχιές και ο ρυθμός της επιτάχυνσης ήταν ακριβώς όπως ήταν αναμενόμενο αν ήταν να χάσουν ενέργεια εκπέμποντας βαρυτικά κύματα.
Ωστόσο η σημερινή ανακοίνωση της συνεργασίας LIGO παρέχει την άμεση ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων που οι επιστήμονες αναζητούν εδώ και δεκαετίες.
«Βγάζουμε το καπέλο στη συνεργασία LIGO για το αξιοσημείωτο επίτευγμα τους, έχοντας τελειοποιήσει τις πειραματικές εγκαταστάσεις ώστε να φτάσουν την εξαιρετική ευαισθησία που απαιτείται για την ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων από το έδαφος», λέει ο Σεζαρ Γκαρσια Μαριροντριγα, διαχειριστής του έργου LISA Pathfinder της ESA.
Το καταγραφόμενο σήμα είναι πολύ ισχυρό και φαίνεται να προέρχεται από ένα ζευγάρι συγχωνευμένων μαύρων τρυπών περίπου 1,3 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Τα δύο τερατώδη σώματα, με μάζες που ισοδυναμούν με 36 και 29 φορές τη μάζα του Ήλιου αντιστοίχως, συγχωνεύτηκαν για να σχηματίσουν μια ενιαία, ακόμα πιο γιγαντιαία μαύρη τρύπα αντίστοιχη 62 ηλιακών μαζών απελευθερώνοντας τις υπόλοιπες 3 ηλιακές μάζες σε βαρυτικά κύματα.
«Τώρα που τα βαρυτικά κύματα έχουν βρεθεί μπορούμε να αρχίσουμε να ψάχνουμε την φυσική των πηγών τους. Εκεί είναι όπου η κίνηση στο διάστημα θα κάνει τη διαφορά», λέει ο Όλιβερ Γιενριχ, αναπληρωτής επιστήμονας του έργου LISA Pathfinder στην ESA.
Όπως το φως, έτσι και τα βαρυτικά κύματα καλύπτουν επίσης ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων και τα διάφορα αστρονομικά αντικείμενα αναμένεται να εκπέμπουν αυτά τα κύματα σε όλο το φάσμα. Επίγεια πειράματα όπως το LIGO είναι ευαίσθητα σε κύματα υψηλής συχνότητας όπως εκείνα που προέρχονται από συγχωνευμένα ζευγάρια μαύρων τρυπών ή άστρα νετρονίων, με συχνότητες 10-1000 Hz.
Για την ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων με χαμηλότερες συχνότητες, όπως εκείνες από τη συγχώνευση των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών στο κέντρο των μεγάλων γαλαξιών, οι επιστήμονες θα πρέπει να διερευνήσουν τις αλλαγές στο μήκος πολύ μακρύτερων βραχιόνων – περίπου ενός εκατομμυρίου χιλιομέτρων. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί μόνο στο διάστημα χρησιμοποιώντας ακτίνες λέιζερ για την παρακολούθηση της απόστασης μεταξύ τριών μαζών σε ελεύθερη πτώση που χωρίζονται από πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις από ό,τι μπορεί να επιτευχθεί στη Γη.
Η ESA έχει προσδιορίσει το βαρυτικό Σύμπαν ως το επιστημονικό θέμα για την αποστολή του L3, την τρίτη αποστολή Μεγάλης κατηγορίας στο κοσμικό επιστημονικό πρόγραμμα Vision, με αποτέλεσμα ένα μεγάλο παρατηρητήριο βαρυτικών κυμάτων στο διάστημα τα επόμενα χρόνια.
Σήμερα το LISA Pathfinder είναι ένα βήμα πιο κοντά προς την κατεύθυνση L3, γιατί θα εξετάσει εάν είναι δυνατόν να τεθούν μάζες σε καθαρή ελεύθερη πτώση, ατάραχες από οποιεσδήποτε εξωτερικές δυνάμεις, στο επίπεδο που απαιτείται για τα μελλοντικά διαστημικά παρατηρητήρια βαρυτικών κυμάτων.
Στις 3 Φεβρουαρίου οι δύο μάζες στην καρδιά του διαστημικού σκάφους – ένα ζεύγος πανομοιότυπων κύβων από χρυσό-πλατίνα, 46 μμ σε κάθε πλευρά – ξεκλειδώθηκαν από τον έναν από τους δύο μηχανισμούς που τους κρατούσαν ασφαλισμένους κατά τη διάρκεια της εκτόξευσης και του ταξιδιού.
Η τελική απελευθέρωση θα πραγματοποιηθεί την επόμενη εβδομάδα, αφήνοντας τους δύο κύβους χωρίς φυσική επαφή με το διαστημικό σκάφος, πριν από την έναρξη των επιστημονικών επιχειρήσεων.
Για να αντισταθμιστούν άλλες δυνάμεις που ενεργούν στους κύβους το LISA Pathfinder θα μετρήσει τη θέση και τον προσανατολισμό τους με εξαιρετική ακρίβεια και θα κάνει το ίδιο πολύ μικρούς ελιγμούς για να παραμείνει στο κέντρο ενός από αυτά.
«Το LISA Pathfinder έχει ένα δύσκολο έργο μπροστά του και έχουμε την τιμή να συνεισφέρουμε σε αυτή τη νέα εποχή της έρευνας βαρυτικών κυμάτων που εγκαινιάστηκε σήμερα από την ανακάλυψη LIGO», καταλήγει ο Πολ στη χθεσινή δήλωσή του.
Στη διεθνή επιστημονική κοινοπραξία LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) που έκανε τη βαρυσήμαντη ανακοίνωση για την ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων, συμμετέχει εδώ και 15 χρόνια ως βασική ερευνήτρια μία κορυφαία Ελληνίδα επιστήμων της διασποράς, η Βίκυ Καλογερά, καθηγήτρια αστροφυσικής του Πανεπιστημίου Northwestern του Σικάγο.
Μάλιστα θεωρείται η κορυφαία αστροφυσικός μεταξύ όλων των ερευνητών-μελών του πειράματος LIGO. Η κοινοπραξία (LIGO Scientific Collaboration), που συστάθηκε το 1997, περιλαμβάνει σήμερα πάνω από 1.000 φυσικούς και αστροφυσικούς από 83 πανεπιστήμια και ερευνητικά κέντρα 15 χωρών.
Η Ελλάδα δεν συμμετέχει, όμως στην κοινοπραξία των βαρυτικών κυμάτων συμμετέχουν και άλλοι ελληνικής καταγωγής επιστήμονες, όπως ο αναπληρωτής καθηγητής Ερωτόκριτος Κατσαβουνίδης (ΜΙΤ), ο μεταδιδακτορικός ερευνητής Αντώνης Κοντός (ΜΙΤ), η καθηγήτρια Μαίρη Σακελλαριάδου (King’s College Λονδίνου), o διδακτορικός ερευνητής Μιχάλης Αγάθος (Εθνικό Ινστιτούτο Υποατομικής Φυσικής Ολλανδίας-πείραμα Virgo) κ.ά.
