Τρία ανιχνευτές φιλοξενούν πηγές βαρυτικών κυμάτων μαύρης τρύπας
Για τέταρτη φορά, οι φυσικοί εντόπισαν βαρυτικά κύματα - κυματισμούς στο ίδιο το διάστημα - που ξεκινούν από τη συγχώνευση δύο τεράστιων μαύρων τρυπών. Αλλά αυτή τη φορά, εντόπισαν τα κύματα όχι μόνο με δύο ανιχνευτές στις Ηνωμένες Πολιτείες, αλλά και με έναν τρίτο ανιχνευτή στην Ευρώπη:τον ανιχνευτή Virgo κοντά στην Πίζα της Ιταλίας. Η τριπλή ανίχνευση επέτρεψε στους ερευνητές να εντοπίσουν τη θέση των μαύρων τρυπών στον ουρανό με 10 φορές μεγαλύτερη ακρίβεια από ό,τι πριν, και να διερευνήσουν την πόλωση των βαρυτικών κυμάτων με νέους τρόπους. Το αποτέλεσμα επιβεβαιώνει επίσης ανεξάρτητα την υπερπαραγωγική ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων που έγινε πριν από 2 χρόνια.
"Η Παρθένος είναι στο παιχνίδι και αυτό είναι πολύ σημαντικό", λέει ο Clifford Will, θεωρητικός της βαρύτητας στο Πανεπιστήμιο της Φλόριντα στο Gainesville, ο οποίος δεν συμμετείχε στο έργο.
Τα βαρυτικά κύματα είναι μια θεαματική πρόβλεψη της θεωρίας της βαρύτητας του Albert Einstein, της γενικής σχετικότητας. Ο Αϊνστάιν εξήγησε ότι η βαρύτητα προκύπτει επειδή τα τεράστια αντικείμενα παραμορφώνουν το χώρο και τον χρόνο. Όταν αυτά τα αντικείμενα περιστρέφονται το ένα γύρω από το άλλο σαν στροβιλιζόμενες μπάρα, προέβλεψε, θα πρέπει να παράγουν κυματισμούς στον χωροχρόνο, ή βαρυτικά κύματα, που εξαπλώνονται με ταχύτητα φωτός.
Αυτή η πρόβλεψη έγινε πραγματικότητα τον Σεπτέμβριο του 2015. Οι φυσικοί που εργάζονται με το Παρατηρητήριο Gravitational Wave Wave (LIGO), το οποίο έχει δίδυμα όργανα στο Livingston της Λουιζιάνα και στο Hanford της Ουάσιγκτον, εντόπισαν μια έκρηξη βαρυτικών κυμάτων από μαύρες τρύπες 29 και 36 φορές τόσο μαζικός όσο ο ήλιος που σπειροειδής ο ένας μέσα στον άλλο απέχει 1,3 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Έκτοτε, η 1000μελής ομάδα LIGO εντόπισε δύο άλλες συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών, χρησιμοποιώντας τα εξαιρετικά ευαίσθητα οπτικά όργανά της σε σχήμα L που ονομάζονται παρεμβολόμετρα, τα οποία χρησιμοποιούν λέιζερ και καθρέφτες για να συγκρίνουν το τέντωμα του χώρου σε μία κατεύθυνση με αυτήν στην κάθετη κατεύθυνση. Το LIGO ολοκλήρωσε τα δύο συμβολόμετρά του, με βραχίονες μήκους 4 χιλιομέτρων, το 1999.
Αλλά το LIGO δεν ήταν μόνο του στο κυνήγι των βαρυτικών κυμάτων. Το 2003, Ευρωπαίοι φυσικοί ολοκλήρωσαν την κατασκευή του Virgo, ενός συμβολόμετρου 300 εκατομμυρίων ευρώ με βραχίονες μήκους 3 χιλιομέτρων, που χρηματοδοτήθηκε από τον γαλλικό εθνικό ερευνητικό οργανισμό CNRS και το Ιταλικό Εθνικό Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής (INFN). Το 2007, οι ερευνητές του LIGO και της Virgo υπέγραψαν συμφωνία κοινής χρήσης δεδομένων και την 1η Αυγούστου, μετά από 5ετή αναβάθμιση, ύψους 24 εκατομμυρίων ευρώ, η Virgo επανήλθε στο LIGO στην αναζήτηση βαρυτικών κυμάτων.
Η Παρθένος δεν άργησε να πετύχει επιστημονικό χρυσό. Στις 14 Αυγούστου στις 12:30:43 μ.μ. στην Ιταλία, το αυτοματοποιημένο σύστημα ενεργοποίησης του ανιχνευτή αισθάνθηκε έναν δυνητικά συναρπαστικό τρέμουλο, όπως και τα συστήματα των δύο ανιχνευτών LIGO. "Αυτό είναι πραγματικά μια μεγάλη έκπληξη, έχοντας μια εκδήλωση μόλις 2 εβδομάδες μετά την έναρξη του τρεξίματος", λέει ο Benoit Mours, μέλος της ομάδας Virgo και φυσικός από το Εργαστήριο Σωματιδιακής Φυσικής του Annecy στη Γαλλία. Η επακόλουθη ανάλυση έδειξε ότι το σήμα προήλθε από μια συγχώνευση μαύρης τρύπας, ανακοίνωσαν οι ερευνητές της Virgo σε συνέντευξη Τύπου σήμερα στο Τορίνο της Ιταλίας.
Η παρατήρηση θα πρέπει να καθησυχάσει τους περίπου 280 επιστήμονες της Παρθένου, οι οποίοι μόλις πριν από λίγους μήνες αντιμετώπιζαν τεχνικές δυσκολίες με τη μηχανή τους. «Για τους πειραματιστές είναι τρομερό γιατί πρέπει να δεις το φως στο τέλος του τούνελ», λέει ο Ettore Majorana, φυσικός και μέλος της ομάδας Virgo με το INFN στη Ρώμη, ο οποίος εργάστηκε για τα συγκεκριμένα τεχνικά προβλήματα. Κατά τη διάρκεια της διαδρομής παρατήρησης, η οποία ολοκληρώθηκε στις 25 Αυγούστου, η Virgo έτρεξε με από ένα τέταρτο έως μισό την ευαισθησία του LIGO, λέει ο Mours.
Η νέα συγχώνευση μαύρης τρύπας είναι παρόμοια με την πρώτη που είδαν το LIGO. Σε αυτό, μαύρες τρύπες 25 και 31 φορές μεγαλύτερης μάζας από τον ήλιο συνέρρεαν σε έναν γαλαξία 1,8 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Με το χρονομέτρηση των αφίξεων των σημάτων και στους τρεις ανιχνευτές, οι οποίοι διαφέρουν κατά χιλιοστά του δευτερολέπτου, οι ερευνητές μπόρεσαν να προσδιορίσουν ότι η συγχώνευση της μαύρης τρύπας έλαβε χώρα κάπου σε ένα τμήμα 60 τετραγωνικών μοιρών του ουρανού στο νότιο ημισφαίριο. Αυτό είναι ένα μεγάλο κομμάτι του ουρανού—η πανσέληνος καλύπτει μόνο 0,2 τετραγωνικές μοίρες—αλλά είναι μια περιοχή 10 φορές μικρότερη από αυτή που θα μπορούσε να είχε προσδιοριστεί μόνο με τους ανιχνευτές LIGO.
Αυτή η ικανότητα κατάδειξης θα μπορούσε να αποδειχθεί κρίσιμη για την εύρεση λάμψεων φωτός που συνοδεύουν τους παλμούς των βαρυτικών κυμάτων. Αν και δεν αναμένεται τέτοια λάμψη από τη συγχώνευση μαύρων οπών, θα ήταν αναμενόμενο στη συγχώνευση δύο άστρων νετρονίων. Οι φήμες κυκλοφόρησαν ότι μια τέτοια περίπτωση συνέβη αφού αστρονόμοι τον περασμένο μήνα εκπαίδευσαν πολλά διαφορετικά τηλεσκόπια σε έναν συγκεκριμένο γαλαξία.
Η νέα παρατήρηση δοκιμάζει επίσης μια βασική ιδιότητα των ίδιων των βαρυτικών κυμάτων, την πόλωσή τους. Ακριβώς όπως τα κύματα φωτός μπορούν να πολωθούν οριζόντια ή κατακόρυφα ανάλογα με τον τρόπο που κουνιέται το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο σε αυτά, τα βαρυτικά κύματα μπορούν να πολωθούν με δύο τρόπους, σύμφωνα με τη γενική σχετικότητα, λέει ο Will. Με έναν τρόπο, ένα επερχόμενο βαρυτικό κύμα μπορεί να συμπιέσει το χώρο κατακόρυφα και να το τεντώσει οριζόντια, και στη συνέχεια αντίστροφα, σε έναν επαναλαμβανόμενο κύκλο. Ο δεύτερος τρόπος είναι αυτό το μοτίβο να έχει κλίση κατά 45°.
Ωστόσο, εάν ο Αϊνστάιν έκανε λάθος και η γενική σχετικότητα είναι εσφαλμένη, τότε, κατ' αρχήν, τα βαρυτικά κύματα θα μπορούσαν να έρθουν με τέσσερα άλλα μοτίβα πόλωσης, λέει ο Will. «Αν δείτε κάποιο από τα άλλα τέσσερα, σκοτώνει τη γενική σχετικότητα», λέει. Με τα δεδομένα από τους τρεις ανιχνευτές, οι φυσικοί δεν βρήκαν στοιχεία για πόλωση με τρεις από τους τέσσερις απαράδεκτους τρόπους, λέει ο Will. Έτσι, η γενική σχετικότητα ζει για να παλέψει άλλη μια μέρα.
Ίσως το πιο σημαντικό, το τελευταίο αποτέλεσμα δείχνει ότι το βρεφικό πεδίο των βαρυτικών κυμάτων συνεχίζει να ανταποκρίνεται στις υψηλές προσδοκίες των επιστημόνων, λέει ο Will. "Η φύση μόλις μας ξεσήκωσε."
