Η κρυφή επιστήμη των βαρυτικών κυμάτων που λείπουν
Ο χώρος θα πρέπει να δημιουργηθεί σαν μια λίμνη γεμάτη ταχύπλοο, που διασχίζεται από βαρυτικά κύματα που ορμούν με την ταχύτητα του φωτός προς κάθε κατεύθυνση. Αυτό συμβαίνει επειδή κάθε είδους επιτάχυνση, κάθε είδους μάζας, θα παράγει ένα βαρυτικό κύμα. Όταν χτυπάς το χέρι σου στον αέρα, εκτοξεύεις ένα βαρυτικό κύμα που θα ταξιδεύει για πάντα. Η Γη παράγει βαρυτικά κύματα καθώς περιφέρεται γύρω από τον ήλιο. Το ίδιο και οι μαύρες τρύπες που στροβιλίζονται ή συγκρούονται μεταξύ τους.
Κάθε επιταχυνόμενη μάζα παράγει ένα σήμα και όλα αυτά τα σήματα θα πρέπει να ενωθούν σε ένα ανιχνεύσιμο φόντο.
Πού είναι λοιπόν; Οι επιστήμονες προσπαθούν να συντονιστούν με το στατικό drone του θορύβου υποβάθρου βαρυτικών κυμάτων εδώ και χρόνια. Ένα πείραμα που χρησιμοποιεί το χρονισμό μακρινών πάλσαρ τρέχει για πάνω από μια δεκαετία, αναζητώντας το τμήμα του φόντου λόγω ζευγών υπερμεγέθων μαύρων τρυπών. Αλλά δεν έχουν ακούσει ένα κρυφάκι.
Στη συνέχεια, στις αρχές του τρέχοντος έτους, το Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυμάτων συμβολόμετρου λέιζερ (LIGO) πέτυχε μια θετική ανίχνευση ενός γεγονότος βαρυτικού κύματος, που προέκυψε από τη συγχώνευση ελαφρύτερων μαύρων τρυπών αστρικής μάζας. Η πιο λεπτή αποστολή των πειραμάτων χρονισμού πάλσαρ και η αναζήτησή τους για το υπόβαθρο φαινόταν να πνίγεται. Έχουν, τελικά, ένα μηδενικό αποτέλεσμα.
Αλλά μερικές φορές η σιωπή λέει πολλά.
Τα βαρυτικά κύματα έρχονται σε διαφορετικές συχνότητες, όπως και τα κύματα φωτός. Η συχνότητά τους βασίζεται στην κίνησή τους—τα αντικείμενα σε τροχιά διάρκειας ενός έτους, ανεξάρτητα από τη μάζα τους, θα κάνουν κύματα με την ίδια συχνότητα (αν και τα ελαφρύτερα αντικείμενα θα παράγουν ένα κύμα χαμηλότερου πλάτους).
Ορισμένες πηγές βαρυτικών κυμάτων είναι ισχυρές και αρκετά κοντινές ώστε οι επιστήμονες να μπορούν να συλλάβουν μεμονωμένα γεγονότα, όπως το «κελάρυσμα» συχνότητας 200 hertz που εντόπισαν στο LIGO αυτόν τον Φεβρουάριο, το οποίο συνέβη όταν συγχωνεύτηκαν δύο μαύρες τρύπες περίπου 30 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του ήλιου σε ένα. Άλλες είναι απομακρυσμένες και δύσκολο να επιλυθούν μεμονωμένα—όπως σε κοντινή τροχιά, που προορίζονται να συγχωνεύσουν ζεύγη υπερμεγέθων μαύρων οπών, οι οποίες μπορεί να είναι δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερες από τον ήλιο και συχνά βρίσκονται δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Αυτά τα τελευταία, συνολικά, θα πρέπει να δημιουργούν ένα σταθερό υπόβαθρο σε πολύ χαμηλότερη συχνότητα από αυτή που μπορεί να πάρει το LIGO.
Ήταν το καλοκαίρι του 1967 που η αστρονόμος Jocelyn Bell είδε για πρώτη φορά το σήμα που θα έδινε στους επιστήμονες τα εργαλεία που χρειάζονταν για να ακούσουν σε αυτό το υπόβαθρο. Είχε κυνηγήσει για μακρινούς γαλαξίες με ένα ραδιοτηλεσκόπιο, όταν μια ακίδα ανέβηκε πάνω από τον βασικό θόρυβο στα δεδομένα της, ένας παλμός ραδιοκυμάτων που επανεμφανιζόταν κάθε 1,3 δευτερόλεπτα. Έμοιαζε με σταθερό καρδιακό παλμό σε ΗΚΓ. Συγκλονίστηκε από το κανονικό blip-blip-blip από αυτό. Τα μόνα αντικείμενα που γνώριζε ότι μπορούσαν να παράγουν τόσο γρήγορα, αξιόπιστα σήματα ήταν συνθετικά. Αυτή και ο σύμβουλός της, Anthony Hewish, πρότειναν μισοαστεία ότι κοιτούσαν ένα μήνυμα από εξωγήινους και ονόμασαν την πηγή των ραδιοκυμάτων LGM-1 για το "Little Green Man 1".
Σύντομα, ωστόσο, οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ότι το σήμα προερχόταν από κάτι σχεδόν τόσο περίεργο όσο οι εξωγήινοι - ένα αστέρι νετρονίων, ένα αστέρι μεγέθους πόλης που αποτελείται κυρίως από νετρόνια που έχουν συντριβεί κοντά και είναι το υπόλοιπο που έμεινε πίσω μετά από έναν σουπερνόβα. Την ώρα που η Μπελ βρήκε το παράξενο σήμα της, δύο αστρονόμοι—ο Φράνκο Πατσίνι και ο Τόμας Γκόλντ—σημείωσαν ότι ένα περιστρεφόμενο αστέρι νετρονίων που περιβάλλεται από ένα μαγνητικό πεδίο θα μπορούσε να εκπέμπει ακτινοβολία (αν και μέχρι σήμερα, οι επιστήμονες δεν μπορούν να εξηγήσουν όλες τις λεπτομέρειες του γιατί). Ο χρυσός το συνέδεσε με την ανακάλυψη του Μπελ, εξηγώντας πώς η περιστροφή μπορούσε περιοδικά να κατευθύνει μια δέσμη ακτινοβολίας προς τη Γη, κάνοντας έναν παλμό στα τηλεσκόπια μας.
Τα αστέρια νετρονίων μπορούν να περιστρέφονται γύρω από εκατοντάδες φορές το δευτερόλεπτο, σαρώνοντας τις ακτίνες τους στο διάστημα όπως κάνουν. Εάν αυτές οι δέσμες τυχαίνει να ευθυγραμμίζονται με τη Γη, θα φωτίζουν για λίγο τον πλανήτη μας σαν μακρινός φάρος. Όταν οι επιστήμονες βρήκαν μια δεύτερη πηγή παλμών το 1968, η σύνδεση επιβεβαιώθηκε:Βρισκόταν στη μέση του νεφελώματος του Καβουριού, το οποίο είναι αέριο που έχει απομείνει από μια έκρηξη σουπερνόβα.
Τα ρολόγια Pulsar είναι εξαιρετικά αξιόπιστα. Επειδή είναι τόσο πυκνά, τόσο σφαιρικά και έχουν τόση ορμή περιστροφής, σχεδόν τίποτα δεν μπορεί να αλλάξει τον ρυθμό περιστροφής τους. Ο χρονισμός της σάρωσης του φάρου τους είναι αξιοσημείωτα σταθερός, δίνοντάς τους το όνομα «τα καλύτερα ρολόγια της φύσης». Τα πιο ακριβή - τα οποία είναι και τα πιο γρήγορα, που ονομάζονται πάλσαρ χιλιοστών του δευτερολέπτου - επιβραδύνουν τις περιστροφές τους κατά λίγα μόνο πικοδευτερόλεπτα το χρόνο. Συγκριτικά, το πιο ακριβές ατομικό ρολόι που δημιουργήθηκε ποτέ χάνει περίπου 66 picoseconds το χρόνο.
Μέχρι το 1979, οι αστρονόμοι είχαν συνειδητοποιήσει ότι - ή, πραγματικά, κάποιος άλλος στο μέλλον με καλύτερα τηλεσκόπια - θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν αυτά τα παράξενα, εξαιρετικά ακριβή ρολόγια για να ανιχνεύσουν βαρυτικά κύματα. Ο Steven Detweiler από το Πανεπιστήμιο της Φλόριντα στο Gainesville και ο Mikhail Vasilievich Sazhin του Κρατικού Πανεπιστημίου της Μόσχας ανακάλυψαν ανεξάρτητα ότι αν ένα βαρυτικό κύμα περνούσε πάνω από ένα πάλσαρ ή τη Γη, η ώρα κατά την οποία οι εκπομπές του πάλσαρ έφτασαν στη Γη θα άλλαζε. Οι αστρονόμοι δεν θα έπαιρναν το tick-tick-tick στα υπερτακτικά διαστήματα που περίμεναν.
«Αν ένα βαρυτικό κύμα περάσει μέσα από το πάλσαρ, αλλάζει την αποτελεσματική απόσταση από αυτό το πάλσαρ, κουνώντας το μπρος-πίσω», λέει η Maura McLaughlin από το Πανεπιστήμιο της Δυτικής Βιρτζίνια στο Morgantown και η πρώην πρόεδρος του Βορειοαμερικανικού Παρατηρητηρίου Nanohertz για Βαρυτικά Κύματα ( NANOGrav). Αυτό αλλάζει πόσο μακριά πρέπει να ταξιδέψουν οι εκπομπές και πότε φτάνουν στον πλανήτη μας. Το ίδιο συμβαίνει αν ένα κύμα περάσει από τη Γη.
Για δεκάδες δισεκατομμύρια ηλιακών μαζών ζεύγος υπερμεγέθων μαύρων τρυπών εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών φωτός μακριά, ο χρόνος άφιξης παλμού ενός πάλσαρ ενός χιλιοστού του δευτερολέπτου θα άλλαζε κατά μικροδευτερόλεπτα. Αλλά τα περισσότερα τέτοια δυαδικά αναμένεται να είναι πιο μακριά και λιγότερο μαζικά, και η λοξή θα ήταν μόλις δεκάδες νανοδευτερόλεπτα ή μικρότερη. Στην εποχή του Detweiler και του Sahzin, τα τηλεσκοπικά όργανα δεν μπορούσαν να πάρουν και να απορρίψουν δεδομένα τόσο γρήγορα. Οι υπολογιστές δεν μπορούσαν να αποθηκεύσουν και να επεξεργαστούν την έξοδο σε επίπεδο terabyte. και κανείς δεν είχε ανακαλύψει ακόμη πάλσαρ χιλιοστού του δευτερολέπτου. Χρειάζονταν κάτι άλλο.
Το 1982, ο Ronald Hellings του Jet Propulsion Laboratory και ο George Downs του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνια, και οι δύο στην Πασαντένα, έκαναν μια σημαντική ανακάλυψη:Πρότειναν στους επιστήμονες να εξετάσουν πολλά πάλσαρ ταυτόχρονα και να χρησιμοποιήσουν τις συλλογικές τους αφίξεις αργά και πρώιμα για να ανιχνεύστε ολόκληρο το θορυβώδες υπόβαθρο βαρυτικών κυμάτων ταυτόχρονα—όχι μεμονωμένες διαταραχές. Σχεδίασαν πώς αυτό το στατικό υπόβαθρο, που βουίζει σε όλο το σύμπαν, θα εμφανιζόταν στις πλαγιές μιας δέσμης πάλσαρ, που οι επιστήμονες ονόμασαν αργότερα «συστοιχία χρονισμού πάλσαρ».
Δοκιμάστε να το απεικονίσετε, προτείνει η Chiara Mingarelli του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνια στην Πασαντένα. «Μπορείτε να φανταστείτε ένα φόντο βαρυτικών κυμάτων σαν την επιφάνεια του ωκεανού», λέει. "Και βρισκόμαστε στη Γη σε μια βάρκα, και πέφτουμε πάνω-κάτω σε αυτή τη θάλασσα με βαρυτικά κύματα."
Το ίδιο και τα πάλσαρ, αλλά το χτύπημα τους στη θάλασσα μοιάζει με καθαρό θόρυβο, λέει ο McLaughlin, «επειδή όλα συμβαίνουν σε διαφορετικές χρονικές στιγμές και ως εκ τούτου είναι ασύνδετα».
Αλλά το χτύπημα από τη Γη, ενώ είναι θορυβώδες, έχει κάποια δομή. Αυτή η δομή είναι που χαρτογράφησαν οι Hellings and Downs. Όταν τα βαρυτικά κύματα κάνουν τη Γη να εκτοξεύεται, αλλάζουν τις αφίξεις λάμψεων από όλα πάλσαρ ταυτόχρονα. Τα βαρυτικά κύματα συμπιέζονται προς τη μία κατεύθυνση, συμπιέζοντας τον χωρόχρονο, ενώ τεντώνονται προς την άλλη, επεκτείνοντάς τον. Φανταστείτε ότι κατά μήκος μιας γραμμής βορρά-νότου, ο χώρος συμπυκνώνεται. Ταυτόχρονα, η ανατολή-δύση επεκτείνεται. Δύο πάλσαρ στη βόρεια κατεύθυνση του ουρανού μας θα έδειχναν παρόμοιες επιταχύνσεις ως προς τον χρονισμό των κρουσμάτων τους και δύο πάλσαρ σε μια ανατολική κατεύθυνση θα είχαν παρόμοιες επιβραδύνσεις.
Το Hellings and Downs περιέγραψε πώς αυτές οι καθυστερημένες και πρώιμες αφίξεις θα έπρεπε να ταιριάζουν με τα πάλσαρ που απλώνονται στον ουρανό. Χρησιμοποιώντας την προβλεπόμενη υπογραφή τους και ένα πέρασμα πάλσαρ, οι επιστήμονες μπόρεσαν να αποκτήσουν ευαισθησία κοιτάζοντας μεμονωμένα πάλσαρ. Η καμπύλη Hellings-Downs, όπως ονομάζεται πλέον το σήμα υπογραφής, εξακολουθεί να είναι αυτό που αναζητούν οι αστρονόμοι σήμερα. Την εποχή που οι Hellings και Downs έκαναν τη δουλειά τους, ωστόσο, η τεχνολογία δεν ήταν αρκετά καλή και οι αστρονόμοι δεν είχαν ανακαλύψει κανένα πάλσαρ εξαιρετικά ακριβούς χιλιοστού του δευτερολέπτου. «Δεν υπήρχε τρόπος», λέει ο McLaughlin. Θα χρειαστεί να θάψουν την τεχνική τους σε μια χρονοκάψουλα για να τη βρει το μέλλον.
Αλλά συνειδητοποίησαν επίσης τις δυνατότητες για νέα επιστήμη. Κανείς δεν ήταν κοντά σε άμεση ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων και το LIGO δεν θα λάμβανε την πρώτη του χρηματοδότηση για άλλα 12 χρόνια. Οι αστρονόμοι του Pulsar είχαν την ευκαιρία να είναι οι πρώτοι που απέδειξαν χωρίς αμφιβολία ότι υπάρχουν βαρυτικά κύματα. Και επιπλέον, θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν αυτά τα βαρυτικά κύματα για να μάθουν πώς το σύμπαν έγινε όπως είναι. Ήξεραν πώς να είναι ευαίσθητοι στο σήμα και ήξεραν ότι οι υπολογιστές θα έφταναν τις ταχύτητες επεξεργασίας που χρειαζόταν το έργο.
Καθ' όλη τη διάρκεια των δεκαετιών του '80 και του '90, οι άνθρωποι συνέχισαν να εργάζονται στο φόντο των κυμάτων βαρύτητας - στο παρασκήνιο. "Αλλά δεν τα έδωσαν πραγματικά ό,τι είχαν επειδή δεν ήμασταν στο επίπεδο που θα μπορούσαμε πραγματικά να περιμένουμε να κάνουμε μια ανίχνευση", λέει ο McLaughlin.
Αλλά καθώς περνούσαν τα χρόνια, τα τηλεσκοπικά όργανα απέκτησαν περισσότερη επεξεργαστική ισχύ. Νέα πάλσαρ συσσωρεύτηκαν. Ενώ οι αστρονόμοι γνώριζαν για πάλσαρ μόλις τεσσάρων χιλιοστών του δευτερολέπτου τη δεκαετία του 1980, βρήκαν 31 περισσότερα τη δεκαετία του 1990 και 65 ακόμη μεταξύ 2000 και 2010. Έκτοτε έχουν ανακαλύψει 150, ανεβάζοντας το σύνολο σε 250.
Το 2005, ο Dick Manchester of Australia Telescope National Facility αποφάσισε ότι ήταν καιρός να δράσει. Αυτός και οι συνάδελφοί του ίδρυσαν την πρώτη αναζήτηση πάλσαρ για βαρυτικά κύματα φόντου:τη Συστοιχία Χρονισμού Pulsar Parkes. Χρησιμοποιώντας το ποιμενικά τοποθετημένο τηλεσκόπιο Parkes 209 ποδιών στη Νέα Νότια Ουαλία, το οποίο συχνά έχει πρόβατα να ελίσσονται κάτω από το πιάτο του, η ομάδα ξεκίνησε την έρευνά της. Συνέλεξαν απόσπασμα μετάδοσης από 20 από τα πιο ακριβή πάλσαρ, παρακολουθώντας τα σαν οθόνες αναχώρησης/αφίξεων αεροδρομίου, αναζητώντας την καμπύλη Hellings-Downs.
Πιο βόρεια, οι αστρονόμοι σχημάτισαν την European Pulsar Timing Array αργότερα την ίδια χρονιά, πιάνοντας ραδιοκύματα πάλσαρ με πέντε διαφορετικά τηλεσκόπια στο Effelsberg της Γερμανίας. Cheshire, Αγγλία; Nançay, Γαλλία; Pranu Sanguni, Ιταλία; και Westerbork, Ολλανδία. Το καθένα έχει διάμετρο 210 έως 330 πόδια και εξακολουθούν να τρέχουν σήμερα, διατηρώντας χρόνο με 18 πάλσαρ υψηλής ακρίβειας. Επειδή υπάρχουν μόνο 24 ώρες την ημέρα και τα περισσότερα τηλεσκόπια δεν είναι πάντα πάλσαρ, η συμμετοχή περισσότερων τηλεσκοπίων επιτρέπει στους αστρονόμους να διαδίδουν περισσότερες παρατηρήσεις σε όλα τα όργανα.
Στις Ηνωμένες Πολιτείες, οι αστρονόμοι πάλσαρ ήταν πίσω, αλλά είχαν ένα μυστικό όπλο. Για τηλεσκόπια, το μεγαλύτερο είναι καλύτερο. Και όπως τα αμερικανικά αναψυκτικά, τα αμερικανικά τηλεσκόπια ξεπέρασαν τον ανταγωνισμό. Οι αμερικανοί αστρονόμοι είχαν πρόσβαση στο τηλεσκόπιο Arecibo στο Πουέρτο Ρίκο, το οποίο έχει διάμετρο 1.000 πόδια, και το τηλεσκόπιο Green Bank στη Δυτική Βιρτζίνια, το οποίο έχει πλάτος 328 πόδια, σε σύγκριση με το 330 πόδια της Ευρώπης και το ενιαίο πιάτο 209 ποδιών της Αυστραλίας.
Ο Φρεντ Λο, ο διευθυντής του Εθνικού Αστεροσκοπείου Ραδιοαστρονομίας, που λειτουργεί το τηλεσκόπιο Green Bank, ήθελε να εκμεταλλευτεί αυτή τη διαφορά μεγέθους. Το 2008, κάλεσε μια ομάδα διακεκριμένων επιστημόνων πάλσαρ που εργάζονταν ή χρησιμοποιούσαν το αστεροσκοπείο του, όπως ο McLaughlin, ο Duncan Lorimer του Πανεπιστημίου της Δυτικής Βιρτζίνια και ο επιστήμονας του αστεροσκοπείου Scott Ransom. Κάθε επιστήμονας δούλευε πάνω στα μεμονωμένα έργα του, καταστρέφοντας τα δικά του αγαπημένα πάλσαρ. Τους συνέδεσε, λέγοντάς τους να συνεννοηθούν και να αρχίσουν να συνεργάζονται και να συμμετάσχουν στο κυνήγι του φόντου των κυμάτων βαρύτητας.
«Εκείνη την εποχή επιλέξαμε ένα αρκτικόλεξο», συνεχίζει ο McLaughlin. «Το πιο σημαντικό μέρος, φυσικά.» Αυτοαποκαλούνταν NANOGrav, για το Βορειοαμερικανικό Παρατηρητήριο Nanohertz για Βαρυτικά Κύματα.
Κάθε μία από τις τρεις ομάδες συνέλεξε και ανέλυσε δεδομένα από τα τηλεσκόπια με τα οποία ήταν περισσότερο εξοικειωμένα, λόγω της γεωγραφικής τους εγγύτητας και των ομοσπονδιακών πηγών χρηματοδότησης. Όμως όλοι ήξεραν ότι αν συνδύαζαν τη δουλειά τους, θα είχαν καλύτερη βολή στο να αισθανθούν τα κύματα νωρίτερα. Και οι τρεις ομάδες συνδέθηκαν το 2009 για να σχηματίσουν ένα δίκτυο δικτύων:το International Pulsar Timing Array (IPTA). Χρησιμοποιώντας μια λίστα με 39 από τα καλύτερα πάλσαρ, έπιασαν δουλειά. Σήμερα, αυτή η λίστα έχει αυξηθεί σε περίπου 100. Και ενώ υπάρχει κάποιος ανταγωνισμός μεταξύ των ομάδων πάλσαρ ακριβείας, τα επιστημονικά οφέλη από την κοινή χρήση δεδομένων υπερτερούν του κόστους. "Υπάρχουν άνθρωποι που θέλουν πραγματικά να είναι αυτοί που θα το κάνουν και να πάρουν τη δόξα, αλλά νομίζω ότι είναι μια μικρή ομάδα ανθρώπων", λέει ο McLaughlin. "Σχεδόν όλοι έχουν αποδεχθεί ότι η πρώτη ανίχνευση θα προέλθει από δεδομένα IPTA."
Κατά μία έννοια, ωστόσο, το NANOGrav έχει ήδη δημιουργήσει νέα επιστήμη, ακόμη και χωρίς να καταγράψει ούτε ένα κομμάτι σήματος.
Αυτό που δεν εκτιμάται ευρέως είναι ότι η σιωπή από τα πειράματα συστοιχίας χρονισμού πάλσαρ είναι μερικές από τις πρώτες επιστήμες - πέρα από το "τα βρήκαμε!" ή «δεν τα βρήκαμε!»—για να βγει από δεκαετίες πειραματικής εργασίας βαρυτικών κυμάτων. Γι' αυτό ο ΜακΛάφλιν αναστατώνεται όταν η ανακάλυψη του LIGO είναι τόσο μεγάλη που καμία άλλη έρευνα δεν φαίνεται σημαντική. «Έχω βάλει αρκετούς ανθρώπους που λένε, «Λοιπόν, θα τα παρατήσετε τώρα;»», λέει. Λέω, "Όχι, δεν είναι αυτό το θέμα." "
Επειδή ο θόρυβος του βαρυτικού περιβάλλοντος που αναζητά το NANOGrav θα προερχόταν από έναν ολόκληρο πληθυσμό υπερμεγέθων μαύρων τρυπών, θα περιέγραφε όχι μόνο μεμονωμένα αντικείμενα -όπως έκανε η ανίχνευση LIGO- αλλά και τους σχηματισμούς και τις εξελίξεις ολόκληρων πληθυσμών γαλαξιών. Ως αποτέλεσμα, το μέγεθος του σήματος αντανακλά μερικά από τα βασικά χαρακτηριστικά του σύμπαντος μας.
Για να υπολογίσουν το μέγεθος αυτού του σήματος, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μοντέλα για το πόσες διπλές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες χωράει το σύμπαν, πόσο μεγάλες είναι, πόσο γρήγορα χτυπούν η μία γύρω από την άλλη και πού βρίσκονται. Αυτές οι εκτιμήσεις αντανακλούσαν την τελευταία λέξη της τεχνολογίας για το πώς σχηματίζονται οι γαλαξίες, πώς αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου και πώς μεγαλώνουν. Το συμπέρασμα ήταν ότι, εάν παρακολούθησαν περίπου 20 πάλσαρ για πέντε έως 10 χρόνια, η ευαισθησία τους θα ήταν επαρκής για να ακούσει το drone βαρυτικού φόντου νανοχερτζ. Όταν, 11 χρόνια μετά την έναρξη της συστοιχίας, δεν είχαν βρει ακόμα τίποτα, έμαθαν ουσιαστικά ότι ορισμένες από αυτές τις αρχικές υποθέσεις ήταν λανθασμένες. Και οι τρεις ομάδες υπολόγισαν το 2015 ότι το πραγματικό εύρος θορύβου έπρεπε να είναι τουλάχιστον 10 φορές χαμηλότερο από τις αρχικές τους εκτιμήσεις.
Αυτή η μείωση της αναμενόμενης ισχύος σήματος ήταν ένα είδος αντι-ειδήσεων, το αντίθετο από την ιστορική ανίχνευση του LIGO. Αλλά η πρόκληση των επιστημόνων να επανεξετάσουν τις αντιλήψεις τους για το σχηματισμό και την εξέλιξη των γαλαξιών θα μπορούσε να οδηγήσει σε ενδιαφέρουσα νέα επιστήμη. Ίσως λιγότεροι γαλαξίες φιλοξενούν μεγάλες μαύρες τρύπες στα κέντρα τους από ό,τι πίστευαν οι επιστήμονες - και αυτή τη στιγμή οι επιστήμονες πιστεύουν ότι σχεδόν όλοι οι ουσιαστικοί (μη νάνοι) γαλαξίες το κάνουν. Ίσως οι συγχωνεύσεις γαλαξιών να είναι λιγότερο συχνές από ό,τι είχε υπολογιστεί. (Αυτή τη στιγμή, λέει ο Mingarelli, προσπαθούν να καταλάβουν τι σημαίνει στην πραγματικότητα «λιγότερα».) Ή ίσως ο χρόνος μεταξύ της πρώτης συνάντησης μεταξύ δύο μαύρων οπών και της συνένωσής τους δεν ακολουθεί ακριβώς τη θεωρία των εξισώσεων που έχουν αναπτύξει. Θα μπορούσε επίσης να είναι ότι οι περισσότερες συγχωνεύσεις μαύρων οπών σταματούν με κάποιο τρόπο προτού οι τρύπες πλησιάσουν αρκετά ώστε να εκπέμπουν διογκούμενα (ανιχνεύσιμα) βαρυτικά κύματα, και ότι το ζεύγος απλώς συνεχίζει να περιφέρεται ατελείωτα η μία γύρω από την άλλη και ποτέ δεν συγχωνεύεται. Ή ίσως οι επιστήμονες έχουν βάλει λάθος το μέγεθος των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών και είναι μικρότερες από ό,τι πιστεύαμε κάποτε, έτσι ώστε τα κύματα τους να είναι μικρότερα. Αυτήν τη στιγμή, όλα αυτά τα σενάρια παίζουν ως πιθανά.
Φυσικά, ο στόχος παραμένει να γίνει μια πραγματική ανίχνευση. Με βάση τους νέους υπολογισμούς από το σύνολο των δεδομένων εννέα ετών, ο NANOGrav εκτιμά ότι θα φτάσουν την ευαισθησία που απαιτείται για να ακούσουν επιτέλους το στατικό σε άλλα πέντε με 10 χρόνια. Στην τελευταία τους εργασία, οι εκτιμήσεις ευαισθησίας τους περιλαμβάνουν την προσθήκη τεσσάρων νέων υπερσταθερών πάλσαρ κάθε χρόνο, μεταφέροντάς τα από 54 σε περίπου 100. «Νομίζω ότι ο συγχρονισμός πάλσαρ είναι έτοιμος όσον αφορά τους ανθρώπους, τις τεχνικές και την ανάλυση», λέει ο Michele Vallisneri, μέλος της συνεργασίας LIGO, ένας επισκέπτης συνεργάτης στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια και ένας ερευνητής στο Εργαστήριο Jet Propulsion Laboratory. Αλλά, προειδοποιεί, είναι επίσης πιθανό ότι "η φύση μπορεί να έχει βάλει τον στόχο μας πιο μακριά από ό,τι νομίζουμε."
Ο χρόνος για τον εντοπισμό εξαρτάται επίσης από κάτι πιο προσγειωμένο:τη χρηματοδότηση. «[Εάν] χάσουμε την πρόσβαση είτε στο τηλεσκόπιο Green Bank είτε στο Arecibo, ο χρόνος για την ανίχνευση ωθείται αρκετά χρόνια πίσω… και πιθανώς για πάντα εάν χάσουμε και τα δύο», λέει ο McLaughlin. Το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών θα σταματήσει να χρηματοδοτεί την Green Bank το 2017 ή το 2018 και το παρατηρητήριο επιδιώκει ιδιωτικές συνεργασίες. Στο Arecibo, οι απειλές για κλείσιμο έχουν εμφανιστεί εδώ και χρόνια -συμπεριλαμβανομένου αυτού του καλοκαιριού, όπως έγινε και για το Parkes- αλλά και τα δύο τηλεσκόπια παραμένουν ανοιχτά. Αυτά στην Ευρώπη είναι, μέχρι στιγμής, ασφαλή.
Ό,τι κι αν συμβεί, το NANOGrav είναι ένα παράδειγμα αυτού που θα γίνουν πολλές κατηγορίες οργάνων για να συμπληρώσουν την αρχική ανακάλυψη του LIGO, λέει ο Vallisneri. Όπως το θέτει, «οι αστρονόμοι δεν σταμάτησαν να φροντίζουν τον Γαλιλαίο για πρώτη φορά που είδε τους δορυφόρους του Δία και τις φάσεις της Αφροδίτης».
Η Sarah Scoles είναι συγγραφέας με έδρα το Ντένβερ του Κολοράντο και συνεργάτης στο Wired Science.
Το μολύβδινο φωτοκολάζ δημιουργήθηκε με εικόνες από:ESO/G. Bono &CTIO και Pixabay
