Βρέθηκαν τα Βαρυτικά Κύματα!!

Δείτε live  τα συγκλονιστικά νέα για την Φυσική!! Και όμως ναι ανακαλύφθηκαν τα βαρυτικά κύματα από το πείραμα LIGO.

             
         
Ακούστε τον ήχο των βαρυτικών κυμάτων:

           

Ακριβώς πριν από 100 χρόνια, ο πατέρας της Σχετικότητας προέβλεψε την ύπαρξή αυτού του φαινομένου, αργότερα όμως άλλαξε γνώμη και μάλιστα αρκετές φορές. Ακριβώς εκατό χρόνια μετά, το αμερικανικό πείραμα LIGO φαίνεται πως επιβεβαίωσε τον Άλμπερτ Αϊνστάιν  για τα περίφημα βαρυτικά κύματα.
Το ιστορικής σημασίας σήμα το οποίο εντοπίστηκε από ένα ζευγάρι μαύρων τρυπών σε απόσταση περίπου 1,3 δισ. ετών φωτός- η μία 29 φορές η μάζα του ήλιου και η άλλη 36 φορές, που η μία ήταν σε τροχιά γύρω από την άλλη, πριν ενωθούν σε μια ενιαία μαύρη τρύπα. Οι αισθητήρες του LIGO στο Χάνφορντ της Ουάσινγκτον και το Λίβινγκστον της Λουϊζιάνα έπιασαν τα ίχνη στις 14 Σεπτεμβρίου 2015, σχεδόν την ίδια στιγμή. Οι αισθητήρες τους κατέγραψαν διαστολή και συστολή του χωροχρόνου κατά ένα χιλιοστό του μεγέθους ενός πρωτονίου- πολύ μικρής έκτασης, αλλά και πάλι 10 φορές πιο μεγάλης από τη μικρότερη μονάδα που μπορεί να μετρήσει το LIGO. Όπως υπογραμμίζεται στο δημοσίευμα, ο εντοπισμός ήταν σε μεγάλο βαθμό τύχη, καθώς επίσημα το πείραμα ήταν να αρχίσει να συλλέγει δεδομένα τέσσερις ημέρες μετά, στις 18 Σεπτεμβρίου, συνεχίζοντας ως τις 12 Ιανουαρίου 2016. Επίσης, από τύχη προέκυψε και η φύση του σήματος, καθώς οι ενώσεις/ συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών γίνονται πιο συχνά από ό,τι πιστεύεται.
Όλα τα αντικείμενα εκπέμπουν βαρυτικά κύματα όταν είναι σε τροχιά, περιλαμβανομένης της Γης και του Ήλιου. Ωστόσο, καθώς αυτές οι δύο μαύρες τρύπες κινούνταν η μία γύρω από την άλλη, η ενέργεια που έχαναν σε βαρυτικά κύματα ήταν αρκετή για να τις φέρει πιο κοντά τη μία στην άλλη- προκαλώντας περαιτέρω παραμόρφωση χωροχρόνου και την εκπομπή ακόμα πιο πολλών βαρυτικών κυμάτων. Αυτό προκάλεσε τη συγχώνευσή τους σε μια μεγαλύτερη μαύρη τρύπα, μάζας 62 φορές αυτής του Ήλιου. Στην αρχή, η μαύρη τρύπα αυτή ήταν με «εξογκώματα» και όχι στρογγυλή, και μέχρι να τα ξεφορτωθεί εξέπεμπε περισσότερα βαρυτικά κύματα. Εν συνεχεία, κατέληξε σε σχήμα σφαίρας και «ηρέμησε».

«Μπορεί κανείς να πιστέψει ότι οι παραμορφώσεις είναι αληθινές μόνο αν τις δει σε δύο μέρη που βρίσκονται απόσταση μεταξύ τους» είπε η Γκονζάλες.
Το σήμα προήλθε από δύο μαύρες τρύπες σε απόσταση 1,3 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη. Οι μαύρες τρύπες βρέθηκαν σε μικρή απόσταση μεταξύ τους, κινήθηκαν σπειροειδώς η μία προς την άλλη και τελικά συγκρούστηκαν και συγχωνεύτηκαν, παράγοντας κύματα που έφτασαν μέχρι τους ανιχνευτές.Η μαύρες τρύπες, η μία με μάζα 36 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Ήλιου και η άλλη 29 φορές, βρέθηκαν κάποια στιγμή σε μικρή απόσταση μεταξύ τους. Κινούμενες σπειροειδώς, παγιδεύτηκαν η μία στην βαρυτική έλξη της άλλης, συγκρούστηκαν και, τελικά, συγχωνεύτηκαν δημιουργώντας μια ενιαία μαύρη τρύπα με μάζα 62 φορές μεγαλύτερη από εκείνη του Ήλιου.

Εκεί καταγράφηκε μια απειροελάχιστη μεταβολή, μικρότερη από τη διάμετρο ενός πρωτονίου, στις διαστάσεις δύο δύο κάθετων σωλήνων μήκους 4 χιλιομέτρων.
Το σήμα αυτό μετατράπηκε από τους ερευνητές σε ηχητικό αρχείο, το οποίο τους επέτρεψε να ακούσουν τον ήχο δύο μελανών οπών που συγκρούονται.

Σύμφωνα με τον Αϊνστάιν τέτοιες «ρυτιδώσεις» στον χωρόχρονο δημιουργεί σχεδόν οποιαδήποτε κίνηση ενός ουράνιου σώματος. Η έντασή τους, ωστόσο, είναι εξαιρετικά μικρή στην περίπτωση που η πηγή τους δεν είναι ένα εξαιρετικά βίαιο συμπαντικό φαινόμενο, όπως η σύγκρουση δύο μελανών οπών.

REUTERS/GARY CAMERON

O Δρ. Κιπ Θορν κατά τη διάρκεια της συνέντευξης Τύπου.


Τους επόμενους μήνες, οι επιστήμονες ανέλυσαν τις δύο καταγραφές, καταλήγοντας στο συμπέρασμα πως η μορφή των σημάτων έχει τα χαρακτηριστικά που, όπως προβλέπεται θεωρητικά, θα πρέπει να διαθέτουν τα βαρυτικά κύματα από τη συγχώνευση δύο μαύρων τρυπών.
Ανοίγει ένα νέο «παράθυρο» στη μελέτη του σύμπαντος, αφού δίνει τη δυνατότητα κατασκευής νέων ανιχνευτών οι οποίοι θα καταγράφουν και θα αναλύουν τέτοια σήματα από βίαια φαινόμενα του σύμπαντος.

Από τη βαρύτητα στα βαρυτικά κύματα

             

Η μεγάλη επανάσταση που έφερε η γενική Σχετικότητα του Αϊνστάιν είναι ότι περιέγραψε τη δύναμη της βαρύτητας ως παραμόρφωση του χώρου και του χώρου.
Αν κανείς φανταστεί τον τετρασδιάστατο χωροχρόνο ως επίπεδη επιφάνεια, οποιαδήποτε κάθε μάζα υπάρχει σε αυτήν την επιφάνεια δημιουργεί ένα βαθούλωμα, σαν να αφήνει κανείς ένα καρπούζι πάνω σε ένα τεντωμένο σεντόνι.

Το 1916, ένα χρόνο μετά την δημοσίευση της θεωρίας της γενικής σχετικότητας, ο Αϊνστάιν προέβλεψε ότι τα αντικείμενα μεγάλης μάζας που κινούνται επιταχυνόμενα παράγουν κυματισμούς στο χωροχρόνο που διαδίδονται προς όλες τις κατευθύνσεις με την ταχύτητα του φωτός.
Τα κύματα αυτά ονομάστηκαν βαρυτικά επειδή παραμορφώνουν το «σεντόνι» του χωροχρόνου όπως η βαρύτητα.
Πρακτικά, τα βαρυτικά κύματα τεντώνουν το χώρο σε μια διάσταση (ας πούμε κατά μήκος) και τον συμπιέζουν σε μια άλλη (ας πούμε κατά πλάτος), μεταβάλλοντας ανεπαίσθητα τις διαστάσεις των αντικειμένων που συναντούν την πορεία της (ένθετη αριστερά).
Το πρόβλημα είναι ότι δεν μπορεί να μετρήσει κανείς αυτή τη μεταβολή με έναν απλό χάρακα –ο ίδιος ο χάρακας θα μάκραινε ή θα κόντευε μαζί με το αντικείμενο που θα έπρεπε να μετρήσει.

Στους ανιχνευτές LIGO, δύο κάθετες δέσμες λέιζερ μετρούν με ακρίβεια το μήκος δύο σωλήνων μήκους 4 χιλιομέτρων (Πηγή: LIGO)

Τη λύση έδωσαν οι ανιχνευτές LIGO, οι οποίοι άρχισαν να συλλέγουν δεδομένα το 2001 και αναβαθμίστηκαν πέρυσι, λίγο πριν καταγράψουν το πολυπόθητο σήμα.
Καθένας από τους ανιχνευτές αποτελείται από δύο κάθετους βραχίονες μήκους 4 χιλιομέτρων, μέσα στους οποίους αναπηδούν δύο κάθετες δέσμες λέιζερ.
Τα λέιζερ ουσιαστικά συγκρίνουν διαρκώς το μήκος των δύο κάθετων σωλήνων και καταγράφουν απειροελάχιστες αποκλίσεις -τόσο μικρές που οι μετρήσεις πρέπει να διακόπτονται κάθε φορά που περνά ένα τρένο σε απόσταση πολλών χιλιομέτρων.
«Μπορείτε να φανταστείτε τους ανιχνευτές LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) που βρίσκονται στην Ουάσιγκτον και στη Λουιζιάνα, ως το πιο ευαίσθητους χάρακες που έχουν ποτέ δημιουργηθεί. Καθώς τα βαρυτικά κύματα (ορίζονται ως διαταράξεις της καμπυλότητας του χωροχρονικού συνεχούς) κυματίζουν πάνω από εμάς, προκαλούν ανεπαίσθητες αλλαγές απ’όπου κι αν διέρχονται. Κάθε τι πάνω στη Γη, ακόμα και το ίδιο μας το σώμα, διαστέλλεται και συστέλλεται συντονισμένο στους κραδασμούς των κυμάτων. Αυτές οι διαστολές και συστολές είναι αδιανόητα μικρές, πολύ μικρότερες από ένα άτομο – και αυτός ήταν ο ο λόγος που δεν τις είχαμε ανιχνεύσει μέχρι σήμερα», σημειώνεται στο περιοδικό Cosmos.

Οι συνέπειες της ανακάλυψης είναι ιδιαίτερα σημαντικές, και πιθανότατα ανοίγουν τον δρόμο για Νόμπελ για τους ερευνητές του LIGO – ωστόσο, όπως σημειώνεται σεσχετικό δημοσίευμα του BBC, τίθεται το θέμα σε ποιον θα έπρεπε να πάει. Εμφανείς υποψήφιοι είναι ο θεωρούμενοι ως «πατέρες» του LIGO, Κιπ Θορν, Ρον Ντρέβερ και Ράι Βάις. Ωστόσο, για τον Τζιμ Χοφ, ο οποίος άρχισε να δουλεύει πάνω στα βαρυτικά κύματα ως μεταπτυχιακός στα τέλη της δεκαετίας του 1970, θα ήταν σωστό μέρος της δόξας να πάει στους ερευνητές που έκαναν το LIGO αυτό που είναι: συνολικά 1.004 ονόματα αναφέρονται στο σχετικό paper στο Physical Review Letters.

Από τη στιγμή που τα βαρυτικά κύματα προβλέπονται από τη Γενική θεωρία της Σχετικότητας, παρέχουν μια ευκαιρία επαλήθευσής της όσον αφορά στο πώς «βλέπει» τη βαρύτητα. Μέχρι τώρα, έχει περάσει όλα τα τεστ. Ωστόσο – σύμφωνα με το New Scientist- το πιο συναρπαστικό είναι το ότι τα βαρυτικά κύματα μας δείχνουν μια πλευρά του ουρανού που δεν είχαμε δει ως τώρα: Μέχρι τώρα, δεν υπήρχαν ενδείξεις για μαύρες τρύπες στη συγκεκριμένη κλίμακα διαστάσεων- πόσο μάλλον δύο εξ αυτών. Επίσης, δεν πρέπει να παραλείπεται το ότι η γνώση μας για την ύπαρξη μαύρων τρυπών μέχρι τώρα είναι μάλλον έμμεση, καθώς η βαρυτική επιρροή τους είναι τόσο μεγάλη, που ούτε το φως μπορεί να της ξεφύγει. Ωστόσο, ξέρουμε ότι βρίσκονται εκεί επειδή μπορούμε να δούμε το φως από υλικό που καταστρέφεται ή επιταχύνεται, καθώς πλησιάζει πολύ κοντά σε μαύρες τρύπες. Από την άλλη, τα βαρυτικά κύματα αποτελούν ένα σήμα το οποίο έρχεται απευθείας από αυτές, μεταφέροντας πληροφορίες- δεν θα ήταν υπερβολή να πει κανείς ότι πρόκειται για τον πρώτο άμεσο εντοπισμό μαύρης τρύπας στην ιστορία.



Γενικά, σύμφωνα με το BBC, τα βαρυτικά κύματα επιτρέπουν τη μελέτη της πιο «σκοτεινής» πλευράς του σύμπαντος, καθώς πολλά από αυτά που θεωρούμε ότι βρίσκονται «εκεί έξω» δεν εκπέμπουν φως. Ωστόσο, τα βαρυτικά κύματα δεν μπορούν να μπλοκαριστούν ή εκτραπούν, επιτρέποντας τη μελέτη φαινομένων που παλαιότερα ήταν «εκτός ορίων». Οι μεγαλύτερες αποκαλύψεις εκτιμάται ότι θα έρθουν από τομείς που δεν μπορούμε να φανταστούμε καν.
Από τη στιγμή που έγινε ο πρώτος εντοπισμός, ανατέλλει η εποχή της βαρυτικής αστρονομίας, εκτιμά ο καθηγητής Άβι Λεμπ, του Harvard University στη Μασαχουσέτη. «Τώρα που έχουμε αισθητήρες ικανούς να εντοπίσουν αυτά τα συστήματα, τώρα που ξέρουμε ότι διπλές μαύρες τρύπες υπάρχουν εκεί έξω, αρχίζουμε να ακούμε το σύμπαν».

Πηγή: in.gr  LIGO Huffington. post  BBC
https://www.newscientist.com/a
http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.061102
For more information:
Physical Review Letters: Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger

Physics Viewpoint by Emanuele Berti: The First Sounds of Merging Black Holes

APS News: Gravitational Waves Caught in the Act