Αστροφυσική, Διάστημα Θεωρίες φυσικής

Τα βαρυτικά κύματα δείχνουν πόσο γρήγορα το σύμπαν επεκτείνεται

Written by Δ.Μ.

Το πρώτο βαρυτικό κύμα που παρατηρήθηκε από μια συγχώνευση δύο άστρων νετρονίων δίνει τη δυνατότητα στους επιστήμονες για μια ολόκληρη σειρά νέων ανακαλύψεων. Μεταξύ αυτών είναι μια ακριβέστερη μέτρηση της σταθεράς Hubble, η οποία καταγράφει πόσο γρήγορα διαστέλλεται το σύμπαν μας. Από τη Μεγάλη Έκρηξη, όλο το σύμπαν συνεχώς διαστέλλεται και αποδεικνύεται, επίσης, ότι αυτό συμβαίνει ταχύτερα και ταχύτερα – ο ρυθμός δηλαδή της διαστολής αυξάνεται.

Share

Το πρώτο βαρυτικό κύμα που παρατηρήθηκε από μια συγχώνευση δύο άστρων νετρονίων δίνει τη δυνατότητα στους επιστήμονες για μια ολόκληρη σειρά νέων ανακαλύψεων. Μεταξύ αυτών είναι μια ακριβέστερη μέτρηση της σταθεράς Hubble, η οποία καταγράφει πόσο γρήγορα διαστέλλεται το σύμπαν μας. Από τη Μεγάλη Έκρηξη, όλο το σύμπαν συνεχώς διαστέλλεται και αποδεικνύεται, επίσης, ότι αυτό συμβαίνει ταχύτερα και ταχύτερα – ο ρυθμός δηλαδή της διαστολής αυξάνεται.

neutron_star_merger_still_3Ένα σύννεφο από συντρίμμια εκτοξεύεται στο διάστημα καθώς δύο αστέρες νετρονίων συγχωνεύονται.

Το γνωρίζουμε εδώ και έναν αιώνα, αλλά οι αστρονόμοι δεν μπόρεσαν να πάρουν ακριβείς μετρήσεις της αύξησης του ρυθμού διαστολής, κυρίως λόγω του γεγονότος ότι έπρεπε να συνδυάσουν μαζί μια σειρά δεδομένων για να εκτιμήσουν πόσο μακριά βρίσκονται τα πράγματα μέσα το σύμπαν.. Οι παρατηρήσεις όμως των βαρυτικών κυμάτων προσφέρουν ένα άμεσο μέσο μέτρησης αποστάσεων στο σύμπαν. Οι ερευνητές του LIGO παρακολουθούν διαρκώς το σύμπαν για το αδιόρατο τέντωμα του χωροχρόνου, που μπορούν να δημιουργήσουν οι τεράστιες αστρονομικές συγκρούσεις και οι μετρήσεις του πλάτους και της συχνότητας των κυμάτων που συλλέγουν, κρατούν πολύτιμες πληροφορίες για τους αστρονόμους.

Εκπληκτικές παρατηρήσεις

Τα πιο πρόσφατα γεγονότα συνέβησαν στις 17 Αυγούστου και η γιγάντια σύγκρουση παρατηρήθηκε για πρώτη φορά και με συμβατικά τηλεσκόπια. Πάρα πολλές εργασίες από περισσότερους από 4.000 ερευνητές διερευνούν τις συνέπειες της πρωτοποριακής ανακάλυψης, που σημαίνει ότι οι ερευνητές έχουν τελικά τα δεδομένα που χρειάζονται για την καλύτερη καταγραφή της σταθεράς του Hubble.

Τα συμβατικά τηλεσκόπια παρέχουν ένα κομμάτι του παζλ μετρώντας την ερυθρή μετατόπιση ή την επιμήκυνση των κυμάτων ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που προκαλούνται όταν κάτι απομακρύνεται από εμάς. Αυτό δείχνει στους αστρονόμους πόσο γρήγορα απομακρύνεται κάτι από μας και το έχουν καταλάβει πολύ καλά.

Για να μετρήσουμε όμως την διαστολή του σύμπαντος, πρέπει επίσης να γνωρίζουμε πόσο μακριά είναι ένα αντικείμενο από εμάς, το οποίο είναι πιο δύσκολο. Δεν υπάρχουν πραγματικά σημεία αναφοράς στον ουρανό, που να χρησιμοποιούν οι αστρονόμοι κατά τη μέτρηση της απόστασης, οπότε έπρεπε να στηριχτούν σε ένα φάσμα διαφορετικών μετρήσεων που ονομάζεται κλίμακα κοσμικών αποστάσεων. Αν και οι διαφορετικές παρατηρήσεις εισάγουν περισσότερες ευκαιρίες σφάλματος, το αποτέλεσμα είναι ότι οι αστρονόμοι πήραν δύο διαφορετικά αποτελέσματα για τη σταθερά Hubble με βάση τις παρατηρήσεις που χρησιμοποίησαν.

Νέα εποχή

Τα βαρυτικά κύματα όμως καθιστούν όλα αυτά παρωχημένα, επειδή το σήμα περιέχει ένα εγγενές μέτρο απόστασης. Το πλάτος του κύματος επιτρέπει στους αστρονόμους να γνωρίζουν πόσο μακριά είναι κάτι, 130 εκατομμύρια έτη φωτός στην περίπτωση αυτής της συγχώνευσης των άστρων νετρονίων. Ο συνδυασμός αυτού του αριθμού με μετρήσεις της ερυθρής μετατόπισης από τα συμβατικά τηλεσκόπια, έδειξαν επίσης ότι τα αστέρια νετρονίων τους έδωσαν όλα όσα χρειάζονταν.

Προηγούμενες μετρήσεις της καθολικής διαστολής έδειξαν ότι η σταθερά Hubble Ho είναι ή 67 ή 72 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο και ανά μεγα-παρσέκ. Με τα ακριβέστερα εργαλεία τους, οι αστρονόμοι των βαρυτικών κυμάτων προσγειώθηκαν σχεδόν στο μέσο – λένε ότι έχουν υπολογίσει  την σταθερά Ho της διαστολής του σύμπαντος στα 70 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο κι ανά μεγα-παρσέκ, σε μία δημοσίευση τους στο  Nature .

Ένας ακριβής, νέος αριθμός για τη σταθερά του Hubble θα ήταν συναρπαστικός ανεξάρτητα από την απάντηση, λένε οι επιστήμονες. Για παράδειγμα, ένας πιθανός λόγος για την αναντιστοιχία στις άλλες δύο μεθόδους είναι ότι η φύση της ίδιας της βαρύτητας μπορεί να έχει αλλάξει με την πάροδο του χρόνου. Η ένδειξη μπορεί επίσης να ρίξει φως στη σκοτεινή ενέργεια, την μυστηριώδη δύναμη υπεύθυνη για την διαστολή του Σύμπαντος.

Η σταθερά του Hubble μας δίνει το μέγεθος αλλά και την ηλικία του Σύμπαντος

Η επιτάχυνση του σύμπαντος είναι μια σημαντική μεταβλητή για τους ερευνητές που μελετούν πράγματα όπως τη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια. Στην πραγματικότητα, η αποτύπωση του είναι κρίσιμη για την αναζήτηση αυτών των πραγμάτων που μπορούμε να μετρήσουμε μόνο έμμεσα. Επιπλέον, πρόκειται για ένα σημαντικό κομμάτι επικύρωσης για τους αστρονόμους, λέει ο καθηγητής φυσικής του Πανεπιστημίου Wisconsin-Milwaukee και ο συν-συγγραφέας της ανακάλυψης των βαρυτικών κυμάτων Jolien Creighton.

“Είναι απόλυτα συνεπής με την ηλεκτρομαγνητική παρατήρηση”, λέει. “Επιβεβαιώνει ότι δεν υπάρχει κάτι σοβαρό λάθος με τις βαθμονομήσεις απόστασης και την ηλεκτρομαγνητική αστρονομία”.

Εξακολουθεί όμως να υπάρχει κάποια αβεβαιότητα στους αριθμούς τους αυτή τη στιγμή, με βάση το γεγονός ότι δεν είναι ακόμα πολύ σίγουροι πως τα άστρα νετρονίων περιστρέφονται σε σχέση με τη Γη.

Η δημοσιευμένη εργασία στο Nature προβλέπει ότι μόλις οι επιστήμονες ανιχνεύσουν 25 συγκρούσεις  άστρων  νετρονίων, θα μπορέσουν να μετρήσουν τη διαστολή του Σύμπαντος με ακρίβεια 3%. Με 200 μετρήσεις, ο αριθμός αυτός περιορίζεται μόλις στο 1% .

Ο Creighton ελπίζει ότι με την περαιτέρω ανάλυση των δεδομένων, μπορούν να βελτιώσουν τις προβλέψεις τους. Η εποχή της αστρονομίας βαρυτικών κυμάτων έχει μόλις αρχίσει, τελικά.

Ας σημειωθεί ότι τα συμβολόμετρα LIGO είναι προγραμματισμένα να ξεκινήσουν ένα νέο κύκλο παρατηρήσεων τον Φεβρουάριο του 2019. Χάρη σε μια αναβάθμιση, οι ευαισθησίες των ανιχνευτών αυτών θα είναι πολύ υψηλότερες – επεκτείνοντας τον αριθμό και την απόσταση των αστρονομικών γεγονότων που μπορούν να παρατηρήσουν.

Πηγή

About the author

Δ.Μ.

Share