Σερφάροντας στα... κύματα του Σύμπαντος

Σχέδιο του μελλοντικού διαστημικού ανιχνευτή βαρυτικών κυμάτων «LISA». Ο ανιχνευτής περιστρέφεται στην τροχιά της Γης γύρω από τον Ηλιο και αποτελείται από τρία διαστημόπλοια που σχηματίζουν ένα ισόπλευρο τρίγωνο με βραχίονες laser 5.000.000 χιλιομέτρων μήκους έκαστος. Η επένδυση της κατασκευής του, πολλών εκατοντάδων εκατομμυρίων, έχει παγώσει. Η λειτουργία του αναμένεται με μεγάλες προϋποθέσεις το 2018

Σε αντιδιαστολή με τη γνώση που έχουμε αποκτήσει για τη φύση της τρόικας και το βίαιο αποτέλεσμά της, δεν γνωρίζουμε τίποτα για τα... βαρυτικά κύματα και τη βίαιη προέλευσή τους. Επιστημονικοί κύκλοι έχουν εκφράσει ερωτήματα αν αξίζει να δαπανώνται χρήματα για την ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων και αν τα ανιχνευτικά συστήματα θα πιάσουν τα λεφτά τους.
Επί της ουσίας: Όλα γίνονται για να έρθουμε πιο κοντά στις πρώτες στιγμές δημιουργίας του Σύμπαντος «Νέοι, οπτικά αόρατοι, κόσμοι περιμένω να ανακαλυφθούν και να εξερευνηθούν» και ίσως υπάρξουν αναθεωρήσεις και «μεταβολές στην αντίληψή μας για τη σκοτεινή ύλη στο Σύμπαν».
Τρεις μεγάλοι επίγειοι ανιχνευτές έχουν κατασκευαστεί για το λόγο αυτό, λέει ο Θεοχάρης Αποστολάτος, επίκουρος καθηγητής Αστροφυσικής, Μηχανικής του Πανεπιστημίου Αθηνών: Δύο (LIGO) βρίσκονται στις Ηνωμένες Πολιτείες και ένας (VIRGO) στην Πίζα της Ιταλίας. Το Βρετανό-γερμανικό παρατηρητήριο GEO-600 φτιάχτηκε για να ανιχνεύει επίσης τα βαρυτικά κύματα κυρίως για να βοηθά τους άλλους.
Δουλειά τους, η ανίχνευση κυματισμών ή αναταράξεων που δημιουργούνται στο χώρο και στο χρόνο του Σύμπαντος (χωροχρόνο). Μοιάζουν με τις αναταράξεις που προκαλούνται σε μία υδάτινη επιφάνεια αν πετάξουμε μια πέτρα. Η διαφορά είναι ότι τα βαρυτικά κύματα εκπέμπονται είτε από... «μαύρες τρύπες είτε από συμπαγείς αστέρες που περιστρέφονται ο ένας πέριξ του άλλου». Κατ' αυτόν τον τρόπο «δημιουργούνται παραμορφώσεις στο χωροχρόνο που εμφανίζονται ως ταλαντώσεις».

Και γιατί γκρινιάζουν κάποιοι;

Γιατί είναι σαν να ψάχνουμε ψύλλους στ' άχυρα ή βελόνες: το 99,99% των στοιχείων που συλλαμβάνουνν οι ανιχνευτές είναι θόρυβος. Αν προσθέσουμε και το γεγονός ότι οι ανιχνευτές επηρεάζονται από διάφορους παράγοντες, ίσως και να δικαιολογείται εν μέρει η γκρίνια.
Για τους μη γνωρίζοντες τα βαρυτικά κύματα ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός. Είναι όμως πολύ διαφορετικά από τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα με τα οποία είμαστε πιο εξοικειωμένοι: ραδιοκύματα, ακτίνες-Χ, ορατό φως.
Οι επίγειοι «ανιχνευτές» επηρεάζονται από τους σεισμικούς θορύβους, από τις αλλαγές της βαρύτητας της Γης κ.λπ. Στη δεύτερη περίπτωση συμβαίνει το εξής: το βαρυτικό πεδίο της Γης σε έναν τόπο δεν είναι σταθερό, αλλά εξαιτίας ορισμένων παραγόντων (π.χ. σεισμών) παρουσιάζει μεταβολές. Ακόμη και ανθρώπινες δραστηριότητες είναι ικανές να επηρεάσουν αρνητικά την ευαισθησία του οργάνου. Γι' αυτό οι ανιχνευτές βρίσκονται τοποθετημένοι σε περιοχές με περιορισμένη ανθρώπινη δραστηριότητα.
Άλλος παράγοντας που μπορεί να μειώσει την ευαισθησία των «ανιχνευτών» είναι και η αλλαγή στην ατμοσφαιρική πίεση και (συνεπώς) στην πυκνότητα του αέρα. Όλες αυτές οι παράμετροι εισάγουν θόρυβο, για να το πούμε απλά.

«Σημαντικές και παρατηρήσιμες μεταβολές του βαρυτικού πεδίου είναι δυνατές μόνον αν έχουμε μεγάλες συγκεντρώσεις ύλης σε μικρό χώρο, οι οποίες και αντιστοιχούν σε μεγάλες καμπυλώσεις του χωροχρόνου», σημειώνει στην παρουσίασή του για την Αστρονομία των Βαρυτικών Κυμάτων ο Κωνσταντίνος Κόκκοτας (Αριστοτέλειο Θεσσαλονίκης και Πανεπιστήμιο Tubingen), τομέας Αστροφυσικής, Αστρονομίας και Μηχανικής:
«Μολονότι αστρονομικά αντικείμενα που πληρούν την προϋπόθεση, που ανέφερα, υπάρχουν διάσπαρτα στο Γαλαξία μας, όπως και σε κάθε Γαλαξία, συνήθως δεν υφίστανται δραματικές αλλαγές ώστε να εκπέμψουν ισχυρά βαρυτικά κύματα. Εντούτοις με τις ευαισθησίες των "ανιχνευτών" μάς δίνεται η δυνατότητα να ανιχνεύουμε περίπου ένα σημαντικό φαινόμενο το χρόνο!». Σκοπός, η ανίχνευση τριών συμβάντων ημερησίως.

Ποιες είναι όμως οι πιο σημαντικές πηγές βαρυτικών κυμάτων και γιατί αξίζει τον κόπο να τις παρατηρήσουμε;

«Το πλέον εντυπωσιακό αστρονομικό φαινόμενο είναι οι εκρήξεις των υπερκαινοφανών. Κατά τη διάρκεια της έκρηξης, το μεγαλύτερο μέρος της ύλης του άστρου εκτινάσσεται στο Διάστημα και αργότερα μπορεί να συμμετάσχει στη γένεση νέας γενιάς αστέρων αλλά και πλανητών, ενώ το κεντρικό του τμήμα καταρρέει και σχηματίζει έναν αστέρα νετρονίων με πυκνότητες που αγγίζουν τα τετράκις εκατομμύρια τόνους ανά κυβικό εκατοστό ή μία μελανή οπή (κοινώς μαύρη τρύπα). Στη φάση της δημιουργίας αυτών των υπέρπυκνων σωμάτων με πανίσχυρα βαρυτικά πεδία, ακόμη και μικρές μεταβολές αρκούν για να παραχθούν ισχυρά και ανιχνεύσιμα βαρυτικά κύματα».
«Τα εν λόγω κύματα», συνεχίζει ο Κωνσταντίνος Κόκκοτας, «μεταφέρουν πληροφορίες για τα χαρακτηριστικά των υπέρπυκνων αστρικών καταλοίπων, που είναι αδύνατον να διακρίνουμε με παρατηρήσεις στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, επειδή τα εκτινασσόμενα εξωτερικά στρώματα αποκρύπτουν κάθε ηλεκτρομαγνητική πληροφορία που διαφεύγει από το εσωτερικό τους.
Αντιθέτως, τα βαρυτικά κύματα διαπερνούν ανενόχλητα από το περίβλημα και μεταφέρουν μοναδικής σπουδαιότητας πληροφορίες για το μέγεθος του κεντρικού σώματος αλλά και για τη δομή της ύλης (...)».
»Ο Αμερικανός πειραματικός φυσικός Βέμπερ ήταν ο πρώτος που σκέφτηκε πως μπορούμε να ανιχνεύσουμε τα βαρυτικά κύματα», λέει ο επίκουρος καθηγητής Θεοχάρης Αποστολάτος, θυμίζοντας ότι «ο Αϊνστάιν, που μίλησε πρώτος για την ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων, κάποια στιγμή πισωγύρισε... Από το '40 έως το '70 δεν μίλαγε κανείς για τα βαρυτικά κύματα».
Ο Βέμπερ τα ξανάβαλε στο... επιστημονικό παιχνίδι. Και να 'μαστε σήμερα να παρατηρούμε «τη σύγκρουση από δύο μαύρες τρύπες κατά την οποία ο χωροχρόνος υφίσταται τη μέγιστη δυνατή παραμόρφωση. Αυτή την παραμόρφωση τη "φωτογραφίζουν" τα εκπεμπόμενα βαρυτικά κύματα και μας μεταφέρουν την εικόνα της στους ανιχνευτές μας».

Τα βαρυτικά κύματα θα μπορούν να μας πουν και αν ο Αϊνστάιν είχε δίκιο σε όλα όσα διατύπωσε.
Μακριά η... Ρόδος.

Πηγή: enet.gr του Φίλη Καϊτατζή
http://www.ligo.caltech.edu/
http://www.tat.physik.uni-tuebingen.de/~kokkotas/Welcome.html