Το βαρυτικό κύμα GW170817 – από τη συγχώνευση των άστρων νετρονίων – και οι πολλαπλές του επιδράσεις σε φυσική, αστρονομία και αστροφυσική

Του: E. Katsavounidis, MIT

Είναι ιστορικές οι στιγμές που ζούμε στην πορεία μας να καταλάβουμε και να γνωρίσουμε το σύμπαν που μας περιβάλει. Μετά την πρώτη άμεση ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων με το LIGO από ένα σύστημα δύο μελανών οπών (GW150914) μόλις δύο χρόνια πριν, πρόσφατα τα βαρυτικά κύματα μας έφεραν (το ονομάσαμε GW170817 από την ημερομηνία ανακάλυψής του: 17 Αυγούστου 2017) μια ακόμη ανεπανάληπτη ανίχνευση ενός συστήματος δύο αστέρων νετρονίων τα οποία αφού κινήθηκαν σε σπειροειδή τροχιά γύρω από το κοινό κέντρο μάζας συγκρούστηκαν και συγχωνεύθηκαν για να δημιουργήσουν μια μελανή οπή. Το σύστημα βρίσκονταν σε απόσταση περίπου 130 εκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη.

Η ανίχνευση αυτή ξεχωρίζει επειδή συνοδεύθηκε από ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία η οποία παρατηρήθηκε σε πραγματικό χρόνο («ζωντανά») από πάνω από 70 τηλεσκόπια σε όλο τον πλανήτη Γη και από πολλαπλούς δορυφόρους παρατήρησης. Ένα από τα πιο εντυπωσιακά γεγονότα του σύμπαντος που παρατηρούμε εδώ και σχεδόν 50 χρόνια είναι οι ριπές ακτίνων γάμμα (GRBs – Gamma-Ray Bursts, «φως» υψίστης ενέργειας). Μολονότι γνωρίζουμε αρκετά καλά τι δημιουργεί μια κατηγορία αυτών (που έχουν διάρκεια άνω των 2 δευτερολέπτων), το μυστήριο για το τι δημιουργεί αυτές με σύντομη διάρκεια (μικρότερη των 2 δευτερολέπτων) παρέμενε μέχρι σήμερα.

Εντελώς απρόσμενα, η παρατήρηση μέσω των βαρυτικών κυμάτων στις 17 Αυγούστου από το διπλό σύστημα αστέρων νετρονίων ακολουθήθηκε από μια τέτοια ριπή ακτίνων γάμμα, όπως καταγράφηκε από τους δορυφόρους Fermi (της NASA) και INTEGRAL (της ESA) αποδεικνύοντας καταληκτικά το τι τις δημιουργεί! Ένα από τα πιο σημαντικά μυστήρια της Αστροφυσικής λύθηκε! Το σμίξιμο αυτών των δυο αστέρων νετρονίων, ο τελευταίος χορός ο οποίος καταγράφηκε για περίπου 100 δευτερόλεπτα από τα LIGO και Virgo, οδήγησε σε ένα πραγματικό «παρανάλωμα πυρός» στον αστέρα που έδωσε αυτήν την ισχυρή δέσμη φωτονίων γάμμα για μερικά ακόμη δευτερόλεπτα, αφήνοντας πίσω «κάρβουνα» που εξακολουθούσαν και φώτιζαν σε όλα τα μήκη κύματος φωτός (από ραδιοφωνικές συχνότητες μέχρι και ακτίνες Χ) για ώρες, μέρες, εβδομάδες.
Αυτή η «θράκα» ήταν μοναδική και μολονότι έχουμε δει πάρα πολλές από αυτές σε άλλα βίαια αστροφυσικά φαινόμενα, αυτή ξεχώρισε! Ξεχώρισε επειδή προήλθε από μια ξεχωριστή λειτουργία σύνθεσης βαρέων στοιχείων από ελαφρότερα (r-διαδικασία νουκλεοσύνθεσης). Το φαινόμενο αυτό πυρηνικής-αστροφυσικής είχε προβλεφθεί δεκαετίες πριν, αλλά ποτέ πριν δεν είχε παρατηρηθεί. Αυτό είναι το «kilonova», το οποίο είμαι σίγουρος ότι οι επόμενες γενιές θα το γνωρίζουν όσο καλά εμείς γνωρίζουμε σήμερα το supernova!
Η πρακτική σημασία του kilonova είναι απίστευτη: είναι εκεί όπου έχουν δημιουργηθεί στοιχεία όπως ο χρυσός και η πλατίνα! Μέχρι σήμερα δεν μπορούσαμε να κάνουμε καλό απολογισμό από που προέρχονται αυτά βαρέα στοιχεία (του χρυσού και της πλατίνας συμπεριλαμβανομένων), ενώ γνωρίζουμε πολύ καλά για τα στοιχεία μέχρι περίπου το σίδηρο. Τώρα μπορούμε να πούμε πως γνωρίζουμε ακόμη ένα ρυπαντή του σύμπαντος (kilonova) και πως έχουμε, σε κάθε χρυσαφικό επάνω μας, ένα κομμάτι της αστρικής εξέλιξης και της «ρύπανσης» που προκαλούν στο σύμπαν!
Το τι θα μας επιτρέψει να κάνουμε αυτή η ανακάλυψη, αλλά και οι πολλές άλλες που αναμένονται με τα LIGO και Virgo, είναι φανταστικό: από τη μελέτη της δομής και της φυσικής των αστέρων νετρονίων, το πώς ακριβώς σχετίζονται η μάζα (της τάξης του Ηλίου) και το μέγεθος (της τάξης των 20 km), μέχρι το πώς δημιουργούνται, εξελίσσονται και σμίγουν, αλλά και τη μελέτη της επέκτασης του σύμπαντος και της σταθεράς του Hubble.
Η πρωτιά αυτή του GW170817 θα περάσει στην ιστορία σαν η πρώτη παρατήρηση βαρυτικών και ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων από την ίδια αστροφυσική πηγή. Είναι το ξεκίνημα ενός νέου τρόπου παρατήρησης του σύμπαντος, αυτής της αστρονομίας πολλαπλών μέσων (φως, βαρυτικά κύματα, νετρίνα). Το μόνο που λείπει να συμπληρώσει την ομάδα των αγγελιοφόρων του σύμπαντος είναι τα νετρίνα. Ελπίζω ο επόμενος υπερκαινοφανής (supernova) στον Γαλαξία μας να μην είναι πολύ μακριά και η πρώτη παρατήρηση βαρυτικών κυμάτων, νετρίνων και ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας να δώσει την μοναδική ευκαιρία να γνωρίσουμε ακόμη καλύτερα τον κόσμο μας.

Πηγή: Το άρθρο ευγενικά παραχωρήθηκε από τον Ε. Κατσαβουνίδη, στο egno.gr