Θεωρίες φυσικής

Επιστήμονες ισχυρίζονται ότι έκαναν μια εκπληκτική ανακάλυψη, παρατήρησαν για πρώτη φορά τα βαρυτικά κύματα από δύο μαύρες τρύπες 1 δισ. έτη φωτός μακριά μας

Written by Δ.Μ.

Στις 14 Σεπτεμβρίου, ανέφερε η εκπρόσωπος του πειράματος Γκέιμπι Γκονζάλες, και οι δύο ανιχνευτές LIGO στις ΗΠΑ, οι οποίοι απέχουν μεταξύ τους 3.000 χιλιόμετρα, κατέγραψαν το πολυπόθητο σήμα με διαφορά 7 χιλιοστών του δευτερολέπτου, όσο θα περίμενε κανείς για ένα κύμα που ταξιδεύει με την ταχύτητα του φωτός.

Print Friendly, PDF & Email

Στις 14 Σεπτεμβρίου, ανέφερε η εκπρόσωπος του πειράματος LIGO, και οι δύο ανιχνευτές στις ΗΠΑ, οι οποίοι απέχουν μεταξύ τους 3.000 χιλιόμετρα, κατέγραψαν το πολυπόθητο σήμα με διαφορά 7 χιλιοστών του δευτερολέπτου, όσο θα περίμενε κανείς για ένα κύμα που ταξιδεύει με την ταχύτητα του φωτός.

_88168345_gravitacijski-valovi

«Μπορεί κανείς να πιστέψει ότι οι παραμορφώσεις είναι αληθινές μόνο αν τις δει σε δύο μέρη που βρίσκονται απόσταση μεταξύ τους» είπε η Γκονζάλες.

Το σήμα προήλθε από δύο μαύρες τρύπες σε απόσταση 1,2 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη. Οι μαύρες τρύπες βρέθηκαν σε μικρή απόσταση μεταξύ τους, κινήθηκαν σπειροειδώς η μία προς την άλλη και τελικά συγκρούστηκαν και συγχωνεύτηκαν, παράγοντας κύματα που έφτασαν μέχρι τους ανιχνευτές.

Η μία από τις δύο αυτές μαύρες τρύπες είχε μάζα 36 ηλιακές μάζες και η άλλη 29 ηλιακές μάζες και, λίγο πριν από την σύγκρουση τους, οι δύο μαύρες τρύπες περιφέρονταν, η μία γύρω από την άλλη, 250 φορές το δευτερόλεπτο, ενώ η ταχύτητά τους έφτανε τα 150.000 χλμ. το δευτερόλεπτο.

Η σύγκρουση έγινε σε χρονικό διάστημα ενός πέμπτου του δευτερολέπτου και δημιούργησε μία μεγαλύτερη με μάζα 62 ηλιακές μάζες με το σήμα της παρατήρησης να είναι ιδιαίτερα θεαματικό.

Η μάζα της μαύρης τρύπας που δημιουργείται από την σύγκρουση εξαρτάται από την γεωμετρία και το σπιν της σύγκρουσης κι έτσι δεν είναι το σύνολό τους αφού ένα 5% περίπου «χάνεται» με την μορφή της ενέργειας των βαρυτικών κυμάτων που παράγονται κατά την σύγκρουση. Έτσι κι εδώ αντί των 65 ηλιακών μαζών έχουμε μία μαύρη τρύπα 62 ηλιακών μαζών.

Οι τρεις χαμένες ηλιακές μάζες μετετράπησαν σε ενέργεια βαρυτικών κυμάτων η οποία ως ορατό φως θα ήταν αντίστοιχο με ένα δισεκατομμύριο τρισεκατομμυρίων ήλιους! Παρ’ όλα αυτά η παραμόρφωση που κατέγραψαν τα δύο παρατηρητήρια LIGO στη Λουιζιάνα και την Ουάσγκτον μετακινήθηκε τέσσερα χιλιοστά της διαμέτρου ενός πρωτονίου!

Εκεί καταγράφηκε μια απειροελάχιστη μεταβολή, μικρότερη από τη διάμετρο ενός πρωτονίου, στις διαστάσεις δύο δύο κάθετων σωλήνων μήκους 4 χιλιομέτρων ή 10 στην -21, δηλαδή 1 διά 1 και 21 μηδενικά. 1/1000000000000000000000 του μέτρου.

Το σήμα αυτό μετατράπηκε από τους ερευνητές σε ηχητικό αρχείο, το οποίο τους επέτρεψε να ακούσουν τον ήχο δύο μελανών οπών που συγκρούονται.

Οι αισθητήρες του LIGO στο Χάνφορντ της Ουάσινγκτον και το Λίβινγκστον της Λουϊζιάνα έπιασαν τα ίχνη στις 14 Σεπτεμβρίου 2015, σχεδόν την ίδια στιγμή.

Οι αισθητήρες τους κατέγραψαν διαστολή και συστολή του χωροχρόνου κατά ένα χιλιοστό του μεγέθους ενός πρωτονίου- πολύ μικρής έκτασης, αλλά και πάλι 10 φορές πιο μεγάλης από τη μικρότερη μονάδα που μπορεί να μετρήσει το LIGO.

Όπως υπογραμμίζεται στο δημοσίευμα, ο εντοπισμός ήταν σε μεγάλο βαθμό τύχη, καθώς επίσημα το πείραμα ήταν να αρχίσει να συλλέγει δεδομένα τέσσερις ημέρες μετά, στις 18 Σεπτεμβρίου, συνεχίζοντας ως τις 12 Ιανουαρίου 2016. Επίσης, από τύχη προέκυψε και η φύση του σήματος, καθώς οι ενώσεις/ συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών γίνονται πιο συχνά από ό,τι πιστεύεται.

Από τη βαρύτητα στα βαρυτικά κύματα

Η μεγάλη επανάσταση που έφερε η γενική Σχετικότητα του Αϊνστάιν είναι ότι περιέγραψε τη δύναμη της βαρύτητας ως παραμόρφωση του χώρου και του χώρου.

Αν κανείς φανταστεί τον τετρασδιάστατο χωροχρόνο ως επίπεδη επιφάνεια, οποιαδήποτε κάθε μάζα υπάρχει σε αυτήν την επιφάνεια δημιουργεί ένα βαθούλωμα, σαν να αφήνει κανείς ένα καρπούζι πάνω σε ένα τεντωμένο σεντόνι.

Το 1916, ένα χρόνο μετά την δημοσίευση της θεωρίας της γενικής σχετικότητας, ο Αϊνστάιν προέβλεψε ότι τα αντικείμενα μεγάλης μάζας που κινούνται επιταχυνόμενα παράγουν κυματισμούς στο χωροχρόνο που διαδίδονται προς όλες τις κατευθύνσεις με την ταχύτητα του φωτός.

Τα κύματα αυτά ονομάστηκαν βαρυτικά επειδή παραμορφώνουν το «σεντόνι» του χωροχρόνου όπως η βαρύτητα.

Πρακτικά, τα βαρυτικά κύματα τεντώνουν το χώρο σε μια διάσταση (ας πούμε κατά μήκος) και τον συμπιέζουν σε μια άλλη (ας πούμε κατά πλάτος), μεταβάλοντας ανεπαίσθητα τις διαστάσεις των αντικειμένων που συναντούν την πορεία της (ένθετη αριστερά).

Το πρόβλημα είναι ότι δεν μπορεί να μετρήσει κανείς αυτή τη μεταβολή με έναν απλό χάρακα –ο ίδιος ο χάρακας θα μάκραινε ή θα κόντευε μαζί με το αντικείμενο που θα έπρεπε να μετρήσει.

Τη λύση έδωσαν οι ανιχνευτές LIGO, οι οποίοι άρχισαν να συλλέγουν δεδομένα το 2001 και αναβαθμίστηκαν πέρυσι, λίγο πριν καταγράψουν το πολυπόθητο σήμα.

Καθένας από τους ανιχνευτές αποτελείται από δύο κάθετους βραχίονες μήκους 4 χιλιομέτρων, μέσα στους οποίους αναπηδούν δύο κάθετες δέσμες λέιζερ.

Τα λέιζερ ουσιαστικά συγκρίνουν διαρκώς το μήκος των δύο κάθετων σωλήνων και καταγράφουν απειροελάχιστες αποκλίσεις -τόσο μικρές που οι μετρήσεις πρέπει να διακόπτονται κάθε φορά που περνά ένα τρένο σε απόσταση πολλών χιλιομέτρων.

Print Friendly, PDF & Email

About the author

Δ.Μ.