LIGO: Ανίχνευσε 3 φορές βαρυτικά κύματα μέσα σε 4 μήνες

Πριν από περίπου 1,4 δισεκατομμύρια χρόνια, δυο μακρινές μαύρες τρύπες πλησίασαν η μία την άλλη και τελικά συγκρούστηκαν σε ένα βίαιο συμβάν που κυριολεκτικά δημιούργησε κύματα στην ίδια την υφή του χωροχρόνου, κύματα που ανιχνεύθηκαν τη στιγμή που έφτασαν στη Γη τον Δεκέμβριο του 2015. Ήταν η δεύτερη φορά που το φαινόμενο γίνεται αντιληπτό από τη Γη από τις ομάδες των LIGO και Virgo, έπειτα από έναν αιώνα παθιασμένης αναζήτησης.

blackholemergerΤο δεύτερο βαρυτικό κύμα ονομάζεται GW151226 και ανιχνεύτηκε στις 26 Δεκεμβρίου 2015, ακριβώς τρεις μήνες μετά την πρώτη ανίχνευση βαρυτικού κύματος  στην ιστορία της φυσικής στις 14 Σεπτεμβρίου 2015, το GW150914.

Αυτή τη φορά τα βαρυτικά κύματος δημιουργήθηκαν από τη συγχώνευση δυο μαύρων τρυπών με μάζες 14,2 και 7,5 φορές τη μάζα του Ήλιου. Το σήμα που εντοπίστηκε από τους ανιχνευτές του LIGO περιέχει τις τελευταίες στιγμές πριν οι μαύρες τρύπες συγχωνευτούν: Για το τελικό περίπου δευτερόλεπτο, ενώ το σήμα ήταν ανιχνεύσιμο, οι μαύρες τρύπες περιστρέφονταν 55 φορές η μια γύρω από την άλλη, πλησιάζοντας το μισό της ταχύτητας του φωτός, πριν συγχωνευτούν με μια σύγκρουση που απελευθέρωσε ένα τεράστιο ποσό ενέργειας με τη μορφή βαρυτικών κυμάτων, ισοδύναμο με τη μάζα του Ήλιου. Αυτό το κατακλυσμιαίο συμβάν, πριν από 1,4 δισεκατομμύρια χρόνια, παρήγαγε μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα με πολύ μεγαλύτερη μάζα που είναι 20,8 φορές η μάζα του Ήλιου. Το γεγονός έλαβε χώρα σε απόσταση 1,4 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη.

Η ύπαρξη των βαρυτικών κυμάτων είχε προβλεφθεί το 1916 από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν ως συνέπεια της Γενικής Σχετικότητας, μέχρι φέτος όμως παρέμενε ανεπιβεβαίωτη.

Ο μεγάλος φυσικός είχε υπολογίσει ότι η επιτάχυνση σωμάτων μεγάλης μάζας, όπως μαύρες τρύπες και άστρα νετρονίων που πέφτουν σπειροειδώς το ένα προς το άλλο και τελικά συγκρούονται, πρέπει να δημιουργούν ομόκεντρα κύματα στο χωροχρόνο.

Τα κύματα αυτά ονομάστηκαν βαρυτικά επειδή παραμορφώνουν το χωροχρόνο όπως η βαρύτητα (δεν έχουν καμία σχέση με τα κύματα βαρύτητας της φυσικής ρευστών)

Τα βαρυτικά κύματα ουσιαστικά τεντώνουν το χώρο σε μια διάσταση (ας πούμε κατά μήκος) και τον συμπιέζουν σε μια άλλη (ας πούμε κατά πλάτος).

Αυτό είναι το φαινόμενο που καταγράφουν οι δύο ανιχνευτές LIGO, ένας στην Πολιτεία της Ουάσινγκτον και ένας στη Λουιζιάνα.

Καθένας από τους δύο ανιχνευτές αποτελείται από δύο σωλήνες τοποθετημένους κάθετα ο ένας στον άλλο, μέσα στους οποίους υπάρχουν δέσμες λέιζερ που μετρούν το μήκος των σωλήνων με εξαιρετικά μεγάλη ακρίβεια.

Τα βαρυτικά κύματα γίνονται αντιληπτά από μικρές μεταβολές στο μήκος των δύο σωλήνων λόγω της παραμόρφωσης του χώρου. Οι σωλήνες έχουν μήκος 4 χιλιόμετρα, όμως η πειραματική διάταξη μπορεί να μετρά μεταβολές τουλάχιστον 1.000 φορές μικρότερες από τη διάμετρο ενός ατόμου.

Σε μια ιστορική ανακάλυψη, η οποία πιστεύεται ευρέως ότι θα βραβευθεί με Νόμπελ, ερευνητές του LIGO ανακοίνωσαν τον Φεβρουάριο του 2016 ότι ανίχνευσαν για πρώτη φορά βαρυτικά κύματα από τη σύγκρουση δυο μελανών οπών με μάζα 29 φορές και 36 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Ήλιου.

Στην περίπτωση εκείνη οι δίδυμοι ανιχνευτές κατέγραψαν ένα ξεκάθαρο σήμα. Αυτή τη φορά, το σήμα ήταν σχεδόν «θαμμένο» στον θόρυβο των καταγραφών και αποκαλύφθηκε μόνο με προηγμένες τεχνικές ανάλυσης.

Το σήμα αυτό αντιστοιχεί χονδρικά στο τελευταίο δευτερόλεπτο πριν από τη σύγκρουση δύο μελανών οπών, με μάζες 14,2 φορές και 7,5 φορές μεγαλύτερες από τη μάζα του Ήλιου.

Στις τελευταίες 27 περιφορές που πραγματοποίησαν οι μαύρες τρύπες καθώς κινούνταν η μία γύρω από την άλλη, η ταχύτητά τους έφτασε σχεδόν το μισό της ταχύτητας του φωτός.

Η κατακλυσμιαία σύγκρουσή τους δημιούργησε μια νέα μαύρη τρύπα με μάζα 20,8 φορές τη μάζα του Ήλιου.

Αυτό σημαίνει ότι περίπου μία ηλιακή μάζα εξαφανίστηκε κατά την σύγκρουση. Ολόκληρη αυτή η μάζα μετατράπηκε σε ενέργεια, η οποία εξαπλώθηκε στο χώρο με τη μορφή βαρυτικών κυμάτων.

Εκτός του ότι επιβεβαιώνουν τον Αϊνστάιν, οι ανακαλύψεις στο LIGO αναμένεται να προσφέρουν 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.

Προσομοίωση βαρυτικών κυμάτων που εκπέμπονται καθώς δυο μαύρες τρύπες με μάζες 8 και 14 φορές την μάζα του ήλιου περιστρέφονται η μια γύρω από την άλλη και τελικά συγχωνεύονται.

Οι ανιχνευτές LIGO έχουν πλέον τεθεί εκτός λειτουργίας για έναν νέο γύρο αναβάθμισης και προγραμματίζεται να ενεργοποιηθούν εκ νέου το φθινόπωρο. Στην Ευρώπη λειτουργούν στο μεταξύ οι ανιχνευτές GEO600 και Virgo.

Advertisements