Θεωρίες φυσικής

Ο ήχος του μακρινού διαστήματος μπορεί να αποκαλύψει κρυφές μαύρες τρύπες

Written by Δ.Μ.

Το βαθύ διάστημα δεν είναι τόσο αθόρυβο όσο πιστεύαμε έως τώρα. Κάθε λίγα λεπτά ένα ζεύγος μαύρων οπών συγκρούεται και αυτές οι κατακλυσμιαίες συγκρούσεις απελευθερώνουν κυματισμούς στον ιστό του χωροχρόνου, γνωστοί ως κύματα βαρύτητας. Τώρα φυσικοί του αυστραλέζικου Πανεπιστημίου Monash έχουν αναπτύξει έναν τρόπο να ακούσουν τα γεγονότα αυτά. Τα κύματα βαρύτητας από συγχωνεύσεις μαύρων οπών αποτυπώνουν ένα χαρακτηριστικό ‘τσιριχτό’ ήχο στα δεδομένα που συλλέγονται από τους ανιχνευτές των βαρυτικών κυμάτων. Η νέα τεχνική αναμένεται να αποκαλύψει την παρουσία χιλιάδων κρυμμένων έως τώρα μαύρων τρυπών, ξεδιπλώνοντας έτσι τις κραυγές τους μέσα από μια φαινομενικά ήσυχη κατάσταση.

Share

Το βαθύ διάστημα δεν είναι τόσο αθόρυβο όσο πιστεύαμε έως τώρα. Κάθε λίγα λεπτά ένα ζεύγος μαύρων οπών συγκρούεται και αυτές οι κατακλυσμιαίες συγκρούσεις απελευθερώνουν κυματισμούς στον ιστό του χωροχρόνου, γνωστοί ως κύματα βαρύτητας. Τώρα φυσικοί του αυστραλέζικου Πανεπιστημίου Monash έχουν αναπτύξει έναν τρόπο να ακούσουν τα γεγονότα αυτά. Τα κύματα βαρύτητας από συγχωνεύσεις μαύρων οπών αποτυπώνουν ένα χαρακτηριστικό ‘τσιριχτό’ ήχο στα δεδομένα που συλλέγονται από τους ανιχνευτές των βαρυτικών κυμάτων. Η νέα τεχνική αναμένεται να αποκαλύψει την παρουσία χιλιάδων κρυμμένων έως τώρα μαύρων τρυπών, ξεδιπλώνοντας έτσι τις κραυγές τους μέσα από μια φαινομενικά ήσυχη κατάσταση.

gravitationaΠροσομοίωση σε υπερυπολογιστή της συγχώνευσης μαύρων οπών που εκπέμπουν βαρυτικά κύματα

Πέρυσι, σε μια από τις μεγαλύτερες αστρονομικές ανακαλύψεις του 21ου αιώνα, οι ερευνητές στους ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων LIGO και Virgo υπολόγισαν τα κύματα βαρύτητας από ένα ζευγάρι άστρων νετρονίων.

Οι ερευνητές Eric Thrane και Rory Smith από το Κέντρο για την ανακάλυψη βαρυτικών κυμάτων με τον υπερυπολογιστή OzGrav και το Πανεπιστήμιο Monash στην Μελβούρνη, συμμετείχαν στην ομάδα που συμμετείχε στην κορυφαία ανακάλυψη του περασμένου έτους, όπως και συμμετείχαν στην ομάδα που εντόπισε το πρώτο βαρυτικό κύμα το 2015, όταν ανακάλυψαν τους κυματισμούς στον ιστό του χρονοχώρου, που δημιουργήθηκαν από τη σύγκρουση δύο μαύρων οπών στο μακρινό Σύμπαν, επιβεβαιώνοντας τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Albert Einstein από το 1915.

Μέχρι σήμερα, έχουν αναφερθεί έξι επιβεβαιωμένα γεγονότα βαρυτικών κυμάτων που ανακοινώθηκαν από τις συνεργασίες LIGO και VIRGO. Ωστόσο, σύμφωνα με τον Thrane, περισσότερα από 100.000 συμβάντα βαρυτικών κυμάτων κάθε χρόνο είναι πολύ ασθενικά για να ανιχνευτούν καθαρά από τον LIGO και το VIRGO. Τα βαρυτικά κύματα από αυτές τις συγχωνεύσεις συνδυάζονται για να δημιουργήσουν ένα υπόβαθρο βαρυτικών κυμάτων. Ενώ τα μεμονωμένα γεγονότα που συμβάλλουν σε αυτό δεν μπορούν να αναλυθούν μεμονωμένα, οι ερευνητές έχουν επιδιώξει εδώ και χρόνια να ανιχνεύσουν αυτό το ήχο του κύματος βαρύτητας.

Σε μία δημοσίευση ορόσημο στο αμερικανικό περιοδικό, Physical Review X , οι δύο ερευνητές έχουν αναπτύξει ένα νέο, πιο ευαίσθητο τρόπο αναζήτησης του ηχητικού φόντου των βαρυτικών κυμάτων.

«Η μέτρηση του βαρυτικού κύματος θα μας επιτρέψει να μελετήσουμε πληθυσμούς μαύρων οπών σε τεράστιες αποστάσεις. Κάποτε η τεχνική μας θα μας επιτρέπει να δούμε τα κύματα βαρύτητας από το Big Bang, κρυμμένα πίσω από τα κύματα βαρύτητας από τις μαύρες τρύπες και τα αστέρια νετρονίων» λέει.

Οι ερευνητές αυτοί ανέπτυξαν προσομοιώσεις εξασθενημένων σημάτων από μαύρες τρύπες, συλλέγοντας μεγάλες ποσότητες δεδομένων μέχρι που ήταν πεπεισμένοι ότι – στα πλαίσια των προσομοιωμένων δεδομένων – υπήρχαν εξασθενημένές – ασαφείς αλλά καθαρές ενδείξεις συγχωνεύσεων μαύρων οπών . Ο Smith είναι αισιόδοξος ότι η μέθοδος θα φέρει ανιχνεύσεις όταν εφαρμοστεί σε πραγματικά δεδομένα. Σύμφωνα με τον Σμιθ, οι πρόσφατες βελτιώσεις στην ανάλυση δεδομένων θα επιτρέψουν την ανίχνευση δεκάδων περιπτώσεων που βρέθηκαν στις περασμένες δεκαετίες. Η νέα μέθοδος εκτιμάται ότι είναι χίλιες φορές πιο ευαίσθητη, γεγονός που πρέπει να φέρει στο προσκήνιο τον μακροπρόθεσμο στόχο.

Είναι όμως σημαντικό οι ερευνητές να έχουν πρόσβαση σε ένα νέο υπερυπολογιστή αξίας 4 εκατομμυρίων δολαρίων, ο οποίος εγκαινιάστηκε τον Μάρτιο του 2018 στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Swinburne στην Μελβούρνη. Ο υπολογιστής, που ονομάζεται OzSTAR, θα χρησιμοποιηθεί από τους επιστήμονες για να ψάξει για κύματα βαρύτητας μέσα στα δεδομένα του LIGO. Ο υπερυπολογιστής θα επιτρέψει στους ερευνητές του OzGrav να επιχειρήσουν τέτοιου είδους ανακαλύψεις ορόσημα για την επιστήμη., που είναι 125.000 φορές πιο ισχυρός από τον πρώτο υπερυπολογιστή που φτιάχτηκε το 1998.»

Ο υπολογιστής Ozstar διαφέρει από τους περισσότερους από τους περισσότερους από 13.000 υπολογιστές που χρησιμοποιεί η κοινότητα LIGO, συμπεριλαμβανομένων εκείνων των CalTech και MIT. Το OzStar χρησιμοποιεί μονάδες επεξεργαστών GPU, αντί για πιο παραδοσιακές κεντρικές μονάδες επεξεργασίας (CPU). Για ορισμένες εφαρμογές, οι GPU είναι εκατοντάδες φορές γρηγορότερες.

«Με την αξιοποίηση της δύναμης των GPU, το OzStar έχει τη δυνατότητα να κάνει μεγάλες ανακαλύψεις στην αστρονομία βαρυτικών κυμάτων», δήλωσε ο Smith.

 Πηγή

About the author

Δ.Μ.

Share