Το LIGO ανιχνεύει μια άλλη συντριβή μαύρης τρύπας
Η μεγαλύτερη ανακάλυψη στην επιστήμη φέτος -η παρατήρηση κυματισμών στον χωροχρόνο που ονομάζονται βαρυτικά κύματα- δεν ήταν τυχαία. Για δεύτερη φορά, οι φυσικοί που εργάζονται με τους δύο τεράστιους ανιχνευτές στο Παρατηρητήριο Βαρυσιολογικών Κυμάτων (LIGO) έχουν ανιχνεύσει έναν παλμό τέτοιων κυμάτων, ανέφερε η ομάδα LIGO στις 15 Ιουνίου σε μια συνάντηση της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας στο Σαν Ντιέγκο. Καλιφόρνια. Για άλλη μια φορά τα κύματα προήλθαν από τη συγχώνευση δύο μαύρων οπών, τα εξαιρετικά έντονα βαρυτικά πεδία που άφησαν πίσω τους όταν τεράστια αστέρια καταρρέουν σε απειροελάχιστα σημεία. Η νέα παρατήρηση υποδηλώνει ότι μετά τη βελτίωση του συντονισμού, το LIGO θα εντοπίζει δεκάδες ή και εκατοντάδες από τα κατά τα άλλα μη ανιχνεύσιμα συμβάντα κάθε χρόνο.
«Είναι πολύ καθησυχαστικό», λέει η Gabriela González, φυσικός στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Λουιζιάνα, Baton Rouge, και πρόεδρος της Επιστημονικής Συνεργασίας LIGO 1000 μελών. «Χρειάζεσαι άλλον έναν για να πειστείς απόλυτα και αυτό είναι». Ο Cole Miller, ένας αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Maryland, College Park, ο οποίος δεν είναι μέλος της συνεργασίας, λέει ότι το νέο εύρημα δείχνει ότι το LIGO «είναι πραγματικά ένα νέο παράθυρο στο σύμπαν». Ο κατάλογος των αστροφυσικών με μαύρες τρύπες αστρικής μάζας, λέει, "θα αυξηθεί συντριπτικά από το LIGO."
Η νέα παρατήρηση ήρθε στις 3:38.53 Συντονισμένη Παγκόσμια Ώρα στις 26 Δεκεμβρίου 2015 — αργά την ημέρα των Χριστουγέννων στους ανιχνευτές του LIGO στο Λίβινγκστον της Λουιζιάνα και στο Χάνφορντ της Ουάσιγκτον. Όπως και στο πρώτο γεγονός, οι ανιχνευτές αισθάνθηκαν ένα ταλαντευόμενο τέντωμα του χωροχρόνου, το σήμα, σύμφωνα με τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, μεγάλων αντικειμένων σε βίαιη κίνηση. Η μοντελοποίηση σε υπολογιστή έδειξε ότι η πηγή του ήταν δύο μαύρες τρύπες που σπειροειδώς μαζί σε απόσταση περίπου 1,4 δισεκατομμυρίων ετών φωτός μακριά. (Οι ερευνητές του LIGO είχαν δει ένα ασθενέστερο σήμα στις 12 Οκτωβρίου 2015 που μπορεί να είναι μια τρίτη συγχώνευση μαύρης τρύπας.)
Το πρώτο σήμα που κατασκόπησε το LIGO, που καταγράφηκε τον Σεπτέμβριο του 2015 και αποκαλύφθηκε στον κόσμο τον Φεβρουάριο, προερχόταν από εκπληκτικά βαριές μαύρες τρύπες, με μάζα 36 και 29 φορές μεγαλύτερη από αυτή του ήλιου. Διήρκεσε μόνο 0,2 δευτερόλεπτα και οι φυσικοί είδαν μόνο τους τελευταίους 10 κύκλους της σπειροειδούς κίνησης των μαύρων οπών πριν από τη σύγκρουσή τους. Η παρατήρηση του Δεκεμβρίου 2015 αφορούσε μικρότερες μαύρες τρύπες, 14 και 7,5 φορές βαρύτερες από τον ήλιο, όπως εξηγούν οι φυσικοί του LIGO σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε στο Physical Review Letters. Οι φυσικοί παρακολούθησαν 55 κύκλους της σπείρας του θανάτου, ένα ολόκληρο δευτερόλεπτο.
Η πρώτη παρατήρηση παραμένει γρίφος. Αυτές οι δύο μαύρες τρύπες είχαν διπλάσια μάζα από τις σχετικά κοντινές μαύρες τρύπες αστρικής μάζας που εντοπίστηκαν από τις ακτίνες Χ που εκπέμπονταν από το θερμό αέριο που στροβιλίζεται σε αυτές. Οι αστροφυσικοί δεν γνωρίζουν πώς σχηματίστηκαν τέτοιες τζάμπο μαύρες τρύπες. Οι μαύρες τρύπες στη νέα εκδήλωση "είναι πολύ μεγαλύτερη ποικιλία κήπου", λέει ο Sebastian Heinz, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Wisconsin, Madison.
Ωστόσο, το πιο πρόσφατο γεγονός αποφέρει νέες ιδέες. Για παράδειγμα, οι φυσικοί προσδιόρισαν ότι μία από τις μαύρες τρύπες περιστρεφόταν φρενήρης, στο 20% περίπου του μέγιστου ρυθμού περιστροφής που επιτρέπεται από τη γενική σχετικότητα. Και επειδή το νέο γεγονός περιλαμβάνει πολλούς περισσότερους κύκλους, δοκιμάζει τις προβλέψεις της γενικής σχετικότητας κάπως πιο αυστηρά από το πρώτο γεγονός, λέει ο González. (Η θεωρία του Αϊνστάιν περνάει το τεστ.)
Το πιο σημαντικό, η δεύτερη παρατήρηση δείχνει ότι στο μέλλον, το LIGO θα πρέπει να αποκομίσει μια τεράστια συγκομιδή συγχωνεύσεων μαύρων τρυπών. Ανακατασκευασμένοι από το 2010 έως το 2015, οι νέοι ανιχνευτές LIGO δεν έχουν φτάσει ακόμη στη σχεδιαστική τους ευαισθησία. Εάν το κάνουν, θα πρέπει να δουν έως και μία συγχώνευση μαύρης τρύπας την ημέρα, εκτιμά ο Stephen Fairhurst, αστροφυσικός βαρυτικών κυμάτων και μέλος της ομάδας LIGO στο Πανεπιστήμιο του Κάρντιφ στο Ηνωμένο Βασίλειο. Το δείγμα που θα προκύψει θα πρέπει να αποκαλύπτει τη μυστηριώδη εξέλιξη των δυαδικών στοιχείων της μαύρης τρύπας, λέει, δείχνοντας αν ξεκινούν ως ζεύγη αστεριών που μετατρέπονται σε μαύρες τρύπες ή ως μαύρες τρύπες που σχηματίζονται ανεξάρτητα και τελικά βρίσκουν το ένα το άλλο.
Η επίτευξη της ευαισθησίας του σχεδιασμού —ένας συντελεστής 2,5 καλύτερη από τη σημερινή— είναι μια πρόκληση, καθώς τα όργανα υποφέρουν επί του παρόντος από έναν «μυστήριο θόρυβο» στις χαμηλές συχνότητες. Ο David Reitze, εκτελεστικός διευθυντής του LIGO στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια στην Πασαντένα, λέει ότι είναι προσεκτικά αισιόδοξος ότι οι φυσικοί μπορούν να εξαλείψουν τον θόρυβο και να φτάσουν την ευαισθησία του σχεδιασμού μέχρι το 2019. «Δεν θα πω με 100% σιγουριά ότι θα φτάσουμε εκεί, αλλά Δεν θα πω ότι ούτε εμείς θα το κάνουμε», λέει.
Οι φυσικοί ελπίζουν ότι το LIGO θα ανιχνεύσει τελικά κύματα από άλλα είδη κοσμικών συγκρούσεων. Οι συγχωνεύσεις που περιλαμβάνουν αστέρια νετρονίων, για παράδειγμα, θα οδηγούσαν στη μυστηριώδη φυσική αυτών των αντικειμένων, τα οποία είναι ουσιαστικά γιγάντιοι ατομικοί πυρήνες με μάζες μεταξύ 1,5 και τριπλάσιου αυτού του ήλιου. Οι φυσικοί του LIGO χτενίζουν τα δεδομένα τους για τέτοια σήματα, αλλά η εύρεση τους είναι μια μεγάλη ευκαιρία για την παρούσα ευαισθησία, λέει ο González.
Η επόμενη μεγάλη έκρηξη του LIGO πιθανότατα θα έρθει το 2017. Οι ανιχνευτές, που τώρα επανεκκινούνται μετά από συντονισμούς, αναμένεται να ξεκινήσουν μια δεύτερη εκτέλεση δεδομένων αυτό το φθινόπωρο. Θα πρέπει επίσης να ενωθούν με τον ανανεωμένο ανιχνευτή VIRGO, ένα συμβολόμετρο κοντά στην Πίζα της Ιταλίας, που θα βοηθήσει στον εντοπισμό των πηγών στον ουρανό και στη μέτρηση των αποστάσεων τους. Το LIGO μπορεί κάλλιστα να επιφυλάσσει περισσότερες εκπλήξεις, λέει ο Heinz:"Υπάρχει πάντα μεγάλη πιθανότητα να βρεις κάτι απροσδόκητο."
