Η αστρονομία μόλις απέκτησε νέα αίσθηση

Υπάρχουν πολλές ιστορίες να πούμε για το GW170817.

Υπάρχουν ιστορίες ενός δυαδικού αστέρα νετρονίων εμπνευσμένη, δύο νεκρών αστέρων κλειδωμένων σε έναν θανατηφόρο χορό που κορυφώθηκε σε μια σύγκρουση. Υπάρχουν μαρτυρίες για μια παγκόσμια συνεργασία επιστημόνων, που όλοι εργάζονται για να ανακαλύψουν τι συνέβη σε απόσταση 130 εκατομμυρίων ετών φωτός στο NGC 4993. Υπάρχουν ακόμη και ιστορίες θησαυρού—χρυσού και ουρανίου, των οποίων η πραγματική προέλευση μπορεί να είναι ο κοσμικός άκμονας των συγχωνεύσεων άστρων νετρονίων .

Πολλά από αυτά έχουν καλυφθεί από εξαιρετική αναφορά των χθεσινών ειδήσεων.

Κατά κάποιο τρόπο, η μεγαλύτερη ιστορία είναι ότι υπάρχουν τόσες πολλές ιστορίες να πούμε. Και ο λόγος που υπάρχουν τόσα πολλά είναι επειδή το GW170817 δεν είναι απλώς μια άλλη ανακάλυψη, αλλά η έλευση μιας εποχής αστρονομίας με πολλούς αγγελιοφόρους.

Το LIGO (Laser-Interferometric Gravitational Wave Observatory) ανίχνευσε για πρώτη φορά βαρυτικά κύματα πριν από δύο χρόνια, κυματισμούς στο χωροχρόνο από μια σύγκρουση μεταξύ δύο μαύρων οπών, η καθεμία περίπου 30 φορές τη μάζα του ήλιου μας. Απαρατήρητα από όλες εκτός από τις πιο ευαίσθητες συσκευές, αυτά τα κύματα πέρασαν από τη Γη, παραμορφώνοντας τον χωροχρόνο κατά ένα κλάσμα της διαμέτρου ενός πρωτονίου.

Από αυτήν την ανακάλυψη ορόσημο, το LIGO έχει δει άλλες τρεις δυαδικές συγχωνεύσεις μαύρης τρύπας, συμπεριλαμβανομένης μίας με την ευρωπαϊκή αντίστοιχη, Virgo. Κανένα φως δεν ξεφεύγει από αυτά τα συμβάντα, και ενώ υπάρχουν πολλά να μάθουμε από τα βαρυτικά κύματα που εκπέμπουν, το να δείξουν ένα οπτικό τηλεσκόπιο τον δρόμο τους δεν θα αποκάλυπτε τίποτα.

Νωρίτερα αυτό το μήνα, το Νόμπελ Φυσικής απονεμήθηκε στους Rainer Weiss, Kip Thorne και Barry Barish, για τον ρόλο τους στις άμεσες παρατηρήσεις βαρυτικών κυμάτων του LIGO.

Όσο σημαντικά κι αν είναι, τα Νόμπελ απονέμονται κάθε χρόνο. Νέοι τρόποι αντίληψης και ανίχνευσης της πραγματικότητας δεν εμφανίζονται τόσο συχνά.

Οι άνθρωποι στους πρώιμους πολιτισμούς χρησιμοποιούσαν τα μάτια τους για να κοιτάξουν τον νυχτερινό ουρανό. Ακόμη και η νέα θαυματουργή εφεύρεση του Galileo Galilei - το «τηλεσκόπιο» - περιορίστηκε στο ορατό φως. Μόλις το 1800 έγιναν διαθέσιμα άλλα εργαλεία για να κοιτάξουμε τον κόσμο. Οι υπέρυθροι αστρονόμοι παρατήρησαν το φεγγάρι μας και άλλα αστέρια κυριολεκτικά σε ένα νέο φως.

Στις αρχές έως τα μέσα του 20ου αιώνα παρατηρήθηκε μια επέκταση του εύρους του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος μέσω του οποίου είδαμε το σύμπαν μας - τα ραδιοκύματα, οι ακτίνες Χ, τα υπεριώδη κύματα, τα μικροκύματα και οι ακτίνες γάμμα έγιναν όλα νέοι δρόμοι. Κάθε νέα φασματική ζώνη έφερνε αποκαλύψεις:την ιστορία της μεγάλης έκρηξης, τις τεράστιες ενέργειες που υπάρχουν στις ηλιακές εκλάμψεις, την ομορφιά κρυμμένη από το ορατό φάσμα.

Το 1987, μια άλλη μορφή αστρονομίας έκανε το ντεμπούτο της όταν ανιχνευτές νετρίνων έπιασαν το σήμα ενός σουπερνόβα στο νεφέλωμα του Ταραντούλα. Τα αιθέρια νετρίνα έφτασαν στη Γη ώρες νωρίτερα από οποιοδήποτε φως από το σουπερνόβα. Μπορούν να περάσουν και να ξεφύγουν από τον πυρήνα του αστεριού που εκρήγνυται χάρη στη φαντασμαγορική φύση τους, τα νετρίνα πήραν το άλμα στο ίδιο το φως.

Τελικά, αυτές οι διαφορετικές μέθοδοι έχουν περισσότερα κοινά μεταξύ τους παρά με τα βαρυτικά κύματα.

Για να περιγράψουν την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων σε κοινό κοινό, οι επιστήμονες και οι συγγραφείς της επιστήμης έχουν χρησιμοποιήσει συχνά την αναλογία της «ακρόασης» και έχουν γράψει για το «ακούγοντας το σύμπαν». Αυτό έχει δημιουργήσει την εσφαλμένη αντίληψη ότι οι επιστήμονες ακούνε στην πραγματικότητα έναν ήχο που περνά από το διάστημα.

«Υπήρχε ένας μυστήριος σχετικά με αυτό, ότι τώρα «ακούμε» το σύμπαν», είπε ο Βάις στη συνέντευξη Τύπου του για το Νόμπελ. "Το άκουσα ξανά και ξανά στον Τύπο και νομίζω ότι εν μέρει φταίμε και εμείς οι ίδιοι."

Ο ήχος δεν ταξιδεύει μέσα στο διάστημα—το τσιτάτο που μπορείτε να ακούσετε είναι ένα τεχνούργημα της συχνότητας ανάγνωσης του συμβολόμετρου που τυχαία πέφτει στο ακουστικό εύρος. Τούτου λεχθέντος, η έννοια των βαρυτικών κυμάτων ως διαφορετική έννοια είναι απίστευτα κατάλληλη.

Τα βαρυτικά κύματα είναι για την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ό,τι η ακοή για την όραση. Είναι θεμελιωδώς διαφορετικοί τρόποι αντίληψης. Σε αντίθεση με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, τα βαρυτικά κύματα δεν αποτελούνται από σωματίδια. είναι πανκατευθυντικοί και ασταμάτητοι κυματισμοί του χωροχρόνου.

Η αστρονομία με πολλούς αγγελιοφόρους είναι δελεαστική για τον ίδιο λόγο που γιορτάστηκε η αποχώρηση από τον βωβό κινηματογράφο. Η προσθήκη ήχου—ή σε αυτήν την περίπτωση, βαρυτικών κυμάτων, προσθέτει μια νέα διάσταση σε όσα μπορούν να μάθουν οι επιστήμονες για το σύμπαν.

«Όλοι ξέραμε ότι θα ερχόταν, αλλά αυτή είναι η πρώτη φορά που τα είδαμε όλα μαζί», είπε ο Reshmi Mukherjee, αστροφυσικός στο πείραμα VERITAS. "Είναι πραγματικά συναρπαστικό."

Το VERITAS, το οποίο αναζητά ακτίνες γάμμα υψηλής ενέργειας, βρίσκεται στο βόρειο ημισφαίριο, επομένως ήταν τυφλό για τα γεγονότα που άλλα τηλεσκόπια μπορούσαν να δουν στον ουρανό από μέρη όπως η Χιλή.

Ο Mukherhjee δεν αποθαρρύνεται—θα υπάρξουν περισσότερα γεγονότα όπως το GW170817 και όταν συμβούν στον ουρανό του βόρειου ημισφαιρίου, το VERITAS θα κοιτάξει.

Παρόλο που οι επιστήμονες περίμεναν να δουν ένα γεγονός όπως το GW170817 κάποια στιγμή, οι ίδιες οι λεπτομέρειες ήταν μια έκπληξη.

«Μια από τις πιο εντυπωσιακές εκπλήξεις για μένα είναι το πόσο «κοντό» ήταν αυτό το γεγονός», είπε ο David Radice, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον που εργάζεται με προσομοιώσεις συγχωνεύσεων άστρων νετρονίων. Με τον όρο "κοντά", το Radice σημαίνει 130 εκατομμύρια έτη φωτός, σε αντίθεση με 230 εκατομμύρια έτη φωτός.

"Η σχετική εγγύτητα με την πηγή επέτρεψε μια εκστρατεία παρακολούθησης των παρατηρήσεων με ένα επίπεδο κάλυψης που ξεπερνά τις πιο τρελές μου ελπίδες", είπε.

Οι μετρήσεις του GW170817 φαίνεται να επιβεβαιώνουν ότι μια πιθανή πηγή για σύντομες εκρήξεις ακτίνων γάμμα είναι η σύγκρουση άστρων νετρονίων. Οι ακριβείς υπολογισμοί αυτών των γεγονότων θα επιτρέψουν επίσης στους επιστήμονες να εξετάσουν την ίδια τη βαρύτητα.

«Το πολύ μακρύ σήμα καθώς συγχωνεύτηκαν αυτά τα αστέρια νετρονίων επιτρέπει σε κάποιον να θέσει πραγματικά αυστηρούς περιορισμούς σε πιθανές αποκλίσεις από τη γενική σχετικότητα», δήλωσε ο Robert McNees, καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο Loyola του Σικάγο.

Μία εργασία, που δημοσιεύτηκε στο Nature , χρησιμοποίησε το GW170817 για να υπολογίσει ανεξάρτητα τη σταθερά Hubble, η οποία περιγράφει τη διαστολή του σύμπαντος.

Αλλά όπως συμβαίνει με κάθε καλή ανακάλυψη, το GW170817 εγείρει ερωτήματα ακόμη και όταν απαντά σε άλλα. Για παράδειγμα, δεν γνωρίζουμε αν η συγχώνευση σχημάτισε μια πίσω οπή ή ποιος είναι ο μηχανισμός πίσω από την έκρηξη ακτίνων γάμμα. Μια πιο προσεκτική ματιά στα δεδομένα των επόμενων λίγων μηνών ελπίζουμε ότι θα δώσει απαντήσεις σε αυτές και σε άλλες ερωτήσεις.

Η σημερινή συλλογή απέδωσε 30 δημοσιεύσεις χωρίς προηγούμενο σε τουλάχιστον πέντε μεγάλα περιοδικά. Το εύρος και η σημασία των ευρημάτων τους δείχνει πόσο ισχυρή θα είναι η αστρονομία με πολλούς αγγελιοφόρους.

"Η μεγάλη εικόνα εδώ είναι ότι έχουμε εισέλθει στην εποχή της αστρονομίας πολλαπλών αγγελιοφόρων βαρυτικών κυμάτων και αυτό πρόκειται να ανοίξει κάθε είδους νέους τρόπους κατανόησης του σύμπαντος", είπε ο McNees.

«Η επιστήμη με πολλούς αγγελιοφόρους θα μπορούσε να είναι ο νέος κανόνας», είπε ο Mukherjee. "Είναι ένας πολύ βαθύς τρόπος να κοιτάξετε τη φύση και το πώς συμπεριφέρεται η ύλη."

Ο Dan Garisto είναι ασκούμενος στο Ναυτίλος.