Νέα βαρυτικά κύματα

Ο κ. Σταύρος Κατσανέβας είναι ένας από τους κορυφαίους φυσικούς στον κόσμο.

Τον περασμένο μήνα ξεκίνησε η τρίτη περίοδος ερευνών βαρυτικών κυμάτων από τα ειδικά εργαστήρια LIGO στις ΗΠΑ σε συνεργασία με το ευρωπαϊκό εργαστήριο VIRGO κοντά στην Πίζα της Ιταλίας, το οποίο διευθύνεται από τον Σταύρο Κατσανέβα, που είναι ένας από τους κορυφαίους φυσικούς στον κόσμο. Μέσα στον πρώτο μήνα των ερευνών τους τα εργαστήρια αυτά κατόρθωσαν να εντοπίσουν πέντε διαφορετικές πηγές βαρυτικών κυμάτων, η εμφάνιση των οποίων καταγράφεται πλέον σε εβδομαδιαία βάση και από διαφορετικές πηγές. Ηδη από τις πέντε νέες παρατηρήσεις η τελευταία, που εντοπίστηκε στις 26 Απριλίου, αφορά την αφομοίωση ενός άστρου νετρονίων από μία μαύρη τρύπα, κάτι που παρατηρείται για πρώτη φορά.Η παρατήρηση πάντως που έγινε μία μέρα νωρίτερα οφείλεται στη σύγκρουση δύο άστρων νετρονίων (πάλσαρ) με τη μορφή μιας «κιλονόβας», που είναι 1.000 φορές πιο έντονη από τις κανονικές αστρικές εκρήξεις νόβα, γεγονός που βοηθά ιδιαίτερα στη μελέτη τέτοιων κατακλυσμιαίων φαινομένων όχι μόνο με τη μορφή βαρυτικών κυμάτων αλλά και ηλεκτρομαγνητικών ακτινοβολιών τις οποίες μελετούν τα επίγεια και τα διαστημικά μας τηλεσκόπια. Η πηγή αυτή φαίνεται ότι βρισκόταν σε απόσταση 500 εκατομμυρίων ετών φωτός, ενώ η προηγούμενη παρόμοια δημιουργία βαρυτικών κυμάτων από τη σύγκρουση δύο άστρων νετρονίων είχε εντοπιστεί πριν από δύο χρόνια, στις 17 Αυγούστου 2017.
Οταν δύο τέτοια άστρα νετρονίων βρεθούν το ένα δίπλα στο άλλο, αρχίζει ένας ναπολιτάνικος χορός που αργά ή γρήγορα θα καταλήξει στη σύγκρουσή τους και στη δημιουργία μιας μαύρης τρύπας με το 90% των υλικών των δύο πάλσαρ. Κατά τη διάρκεια όμως της σύγκρουσης μία ποσότητα υλικών ίση με 16.000 φορές τα υλικά της Γης μετατρέπεται σε βαρέα χημικά στοιχεία μεταξύ των οποίων και ο χρυσός σε ποσότητα που υπολογίζεται ότι φτάνει τις 800 σεληνιακές μάζες. Και έτσι μαζί με τη δημιουργία μιας μαύρης τρύπας, την εκπομπή τεράστιων ποσοτήτων βαρυτικών κυμάτων και εκλάμψεων ακτίνων γάμμα, δημιουργούνται επίσης και τα υπόλοιπα βαρέα στοιχεία ανώτερα του σιδήρου.
Οι ανιχνευτές LIGO είναι ό,τι καλύτερο διαθέτουμε για τον εντοπισμό των βαρυτικών κυμάτων. Καθένας από τους ανιχνευτές αυτούς αποτελείται από δύο κυλινδρικούς βραχίονες, κάθετους μεταξύ τους, με μήκος 4 χλμ. ο καθένας σε απόλυτο σχεδόν κενό που φτάνει να είναι ίσο με το ένα τρισεκατομμυριοστό της ατμοσφαιρικής πίεσης που επικρατεί στην επιφάνεια της θάλασσας. Στο εσωτερικό των κυλίνδρων εκπέμπονται δέσμες ακτίνων λέιζερ που ανακλώνται συνεχώς από καθρέφτες με αποτέλεσμα η απόσταση των 4 χλμ. να αυξάνεται κατά 280 φορές, κάνοντας έτσι το μήκος κάθε βραχίονα ουσιαστικά να είναι ίσο με 1.120 χλμ. Μ’ αυτόν τον τρόπο μπορούμε να μετρήσουμε απειροελάχιστες διακυμάνσεις μέχρι και μήκους ενός δεκάκις χιλιοστού της διαμέτρου ενός πρωτονίου.
Στην ουσία οι ανιχνευτές των εργαστηρίων LIGO δεν είναι τίποτε άλλο παρά τεράστια συμβολόμετρα, μιας τεχνικής που χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στην πιο απλή της μορφή το 1887 στο πείραμα «Michelson-Morley», αν και το LIGO είναι ουσιαστικά 144.000 φορές μεγαλύτερο εκείνου. Σήμερα, η τεχνική αυτή χρησιμοποιείται ευρέως στην Αστρονομία, όπως για παράδειγμα στην περίπτωση του συστήματος των ραδιοτηλεσκοπίων ALMA του Ευρωπαϊκού Νότιου Αστεροσκοπείου, που είναι εγκατεστημένα στη Χιλή. Η δημιουργία τέτοιων εργαστηρίων εγκατεστημένων σε μεγάλες αποστάσεις μεταξύ τους είναι απαραίτητη γιατί οι ανιχνευτές αυτοί είναι τόσο ευαίσθητοι ώστε μπορούν να καταγράψουν τους κραδασμούς από τη διέλευση ενός φορτηγού στην περιοχή τους, μέχρι και τις διακυμάνσεις ενός μικρού σεισμού χιλιάδες χιλιόμετρα μακριά. Η μεγάλη απόστασή τους χρησιμεύει επίσης και στον καλύτερο εντοπισμό της απόστασης της πηγής των βαρυτικών κυμάτων γιατί λόγω της απόστασης καταγράφονται οι ίδιες βαρυτικές ταλαντώσεις, αλλά με μια ελάχιστα μικρή χρονική καθυστέρηση ίση με δέκα χιλιοστά του δευτερολέπτου, ενώ η προσθήκη και του τρίτου εργαστηρίου στην Πίζα της Ιταλίας (VIRGO) βοηθάει ακόμη περισσότερο στον εντοπισμό.
Και έτσι στο άμεσο μέλλον υπολογίζεται ότι θα υπάρξουν ακόμη πιο μεγάλες δυνατότητες απ’ ό,τι προηγουμένως, αφού η έκταση των παρατηρήσεων των ανιχνευτών αυτών θα επεκταθεί με τη δημιουργία και άλλων ανιχνευτών όχι μόνο στην επιφάνεια της Γης αλλά και στο Διάστημα (LISA). Με την ενεργοποίηση σύντομα δύο νέων παρόμοιων εργαστηρίων στην Ιαπωνία και τις Ινδίες η ευαισθησία τους θα γίνει ακόμη πιο έντονη. Στους επόμενους μήνες μάλιστα προβλέπεται ότι θα υπάρξουν πολλές ακόμη καταγραφές βαρυτικών κυμάτων, ενώ στα επόμενα δύο χρόνια τέτοιου είδους καταγραφές αναμένεται ότι θα γίνονται σε καθημερινή βάση εμπλουτίζοντας ουσιαστικά τις γνώσεις μας για το σύμπαν.

* Ο κ. Διονύσης Π. Σιμόπουλος είναι επίτιμος διευθυντής του Ευγενιδείου Πλανηταρίου.

Πηγή: Καθημερινή