Αναμένονται στοιχεία από το παρατηρητήριο των κυμάτων βαρύτητας

Από την ιστοσελίδα του space daily, 6 Νοεμβρίου 2002

ligo Μια αεροφωτογραφία που δείχνει πως θα αναπτυχθεί η συσκευή για τη μέτρηση των βαρυτικών κυμάτων από το Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυμάτων με Συμβολόμετρο Laser (LIGO) στο Hanford Nuclear Reservation. Το ανάπτυγμα της κάθε κεραίας σε αυτό το σχήμα L θα είναι 4 km.

Η ομάδα του MIT που διευθύνει την αναζήτηση των κυμάτων βαρύτητας που φθάνουν στη Γη από το διάστημα αναμένει να έχει μερικά στοιχεία στις αρχές του προσεχούς μήνα, από την ανάλυση των πρώτων επιστημονικών δεδομένων του παρατηρητήριου της.

Το Παρατηρητήριο των Κυμάτων Βαρύτητας Συμβολόμετρου με Λέιζερ (LIGO), που είναι επίσης το μεγαλύτερο παγκόσμιο οπτικό όργανο, αναμένεται να βοηθήσει τους επιστήμονες να προσδιορίσουν γεγονότα στον Κόσμο, που δεν είναι αισθητά από οποιαδήποτε άλλα μέσα.

Το Αμερικανικό σύστημα  ανιχνευτών κυμάτων βαρύτητας με τη βοήθεια του συμβολόμετρου άρχισε τις επιστημονικές διαδικασίες του στα τέλη Ιουνίου με ένα δεκαπενθήμερο δουλειάς. Οι ερευνητές στο MIT έχουν ανέβει στα βουνά για τα στοιχεία.

"Δεν αναμένουμε να είμαστε σε θέση να δούμε οποιαδήποτε γεγονότα με αυτά τα πρώτα δεδομένα", αναφέρει ο David Shoemaker, διευθυντής του εργαστηρίου LIGO στο Κέντρο για τη Διαστημική Έρευνα. "Αλλά πρέπει να είμαστε σε θέση να αναπτύξουμε ένα νέο καλύτερο όριο και είμαστε αισιόδοξοι ότι το αρχικό όργανο μας θα κάνει ανιχνεύσεις κατά τη διάρκεια της ζωής του".

Η ομάδα LIGO στο MIT και η αντίστοιχη της στο Caltech εργάζονται με ένα δεύτερης γενεάς όργανο, που αναμένεται να είναι 15 φορές πιο ευαίσθητο και να δει ένα πολύ μεγαλύτερο όγκο του χώρου σε έναν ορισμένο χρόνο -- περισσότερο από 3.000 φορές πιο πολύ -- από το αρχικό όργανο.

Ο Αλβέρτος Αϊνστάιν, στη γενική θεωρία της σχετικότητάς του, πρόβλεψε ότι τα κύματα βαρύτητας είναι εξασθενημένες κυματώσεις στη δομή του χωροχρόνου, που θεωρούνται ότι παράγονται από τις βαρυτικές επιδράσεις των μαύρων οπών, των συγκρούσεων μεταξύ γαλαξιών και άλλων βίαιων γεγονότων. Όμως ποτέ δεν έχουν παρατηρηθεί άμεσα.

Οι ανιχνευτές LIGO στο Livingston στο Λος ʼντζελες και στο Hanford στην Ουάσινγκτον, σχεδιάζονται να ανιχνεύσουν αυτά τα εξασθενημένα σήματα. Οι ακτίνες λέιζερ που ανακλώνται από τα κάτοπτρα, που υπάρχουν μέσα στα όργανα, μπορούν να μετρήσουν μετατοπίσεις των κατόπτρων τόσο μικρές, όπως το ένα χιλιοστό της διαμέτρου ενός πρωτονίου.

Κάποια στιγμή μέσα στα επόμενα δύο χρόνια, οι ερευνητές θα ανιχνεύσουν τα πρώτα σήματα των κυμάτων βαρύτητας κάποια εξασθενισμένα σήματα από τις μακρινές γωνιές του Σύμπαντος, που διαπερνούν τα σώματα μας κάθε δευτερόλεπτο, κάθε στιγμή.

Τα κύματα της βαρύτητας, που προβλέφθηκαν από τη θεωρία της Γενικής Σχετικότητας του Einstein, αναμένονται για να αποκαλύψουν, τα τελικά μυστήρια του Σύμπαντος, που μέχρι τώρα παραμένουν ανέφικτα.

Η συμβολομετρία με λέιζερ (LIGO)

Η τεχνολογία που βασίζεται στη συμβολομετρία λέιζερ προσφέρει μεγαλύτερη ευαισθησία και έγινε ιδιαίτερα δημοφιλής ανάμεσα στους ερευνητές τη δεκαετία του 1980.

Ένας ανιχνευτής αυτού του είδους βασίζεται σε μια αρχή λειτουργίας παρόμοια με του οπτικού συμβολομέτρου. Στην παραπάνω εικόνα βλέπουμε μια σχηματική αναπαράσταση ενός ανιχνευτή βαρυτικών κυμάτων που βασίζεται στη συμβολομετρία λέιζερ, ο οποίος μπορεί να εκτείνεται σε μήκος αρκετών χιλιομέτρων και στις δύο διευθύνσεις.

michelson laser
Ανίχνευση από το LISA των βαρυτικών κυμάτων βασίζεται στην λειτουργία του συμβολόμετρου τύπου Michelson. Στο συμβολόμετρο Michelson, φως από ένα laser κατευθύνεται προς ένα διαχωριστή ακτίνων. Οι ακτίνες, που είναι μέρος της αρχικής, κατευθύνονται στις δύο μάζες και αφού ανακλαστούν γυρίζουν πίσω, όπου ανιχνεύονται από τον ανιχνευτή.

'Όταν ένα βαρυτικό κύμα διαπερνά τους βραχίονές του, οι διαστάσεις τους μεταβάλλονται ελαφρώς, οδηγώντας έτσι σε φαινόμενα συμβολής δεσμών λέιζερ, τα οποία μπορούν να καταγραφούν . Η ευαισθησία που απαιτεί το πρόβλημα θέτει αυστηρούς περιορισμούς στις προδιαγραφές των διάφορων στοιχείων της διάταξης. Η δέσμη λέιζερ πρέπει να έχει ακριβώς τα σωστά χαρακτηριστικά (διεύθυνση, σχήμα και μήκος κύματος) και να διαδίδεται σε σωλήνες υψηλού κενού. Τα λαμβανόμενα δεδομένα, τέλος, πρέπει να υποβληθούν σε αρκετά πολύπλοκη μαθηματική ανάλυση ώστε να εξαχθεί το ασθενές σήμα από το υπόβαθρο του έντονου και μπερδεμένου θορύβου.

Οι αυξημένες απαιτήσεις σε ακρίβεια δεν έχουν αποθαρρύνει τους επιστήμονες πολλών χωρών από την προσπάθειά τους να κατασκευάσουν ακριβή, σταθερά λέιζερ, να επιτύχουν συνθήκες υψηλού κενού για μεγάλες αποστάσεις και να αναπτύξουν αλγορίθμους ικανούς ώστε να αναζητήσουν «βελόνι στ' άχυρα» -κατά την παροιμία- με μεγαλύτερη επιτυχία.

'Όλες τούτες οι προσπάθειες των επιστημόνων που καταγίνονται με την ανάπτυξη της αστρονομίας των βαρυτικών κυμάτων δικαιολογούνται από τις υψηλές προσδοκίες που έχουν επενδυθεί στην ευόδωση του εγχειρήματος. Η αστρονομία των βαρυτικών κυμάτων αναμένεται να μας αποκαλύψει μια νέα, άγνωστη ως τώρα, όψη του Σύμπαντος.

Δείτε και τα σχετικά άρθρα
Οι ανιχνευτές των βαρυτικών κυμάτων ετοιμάζονται
Διαστημικός ανιχνευτής θα προσπαθήσει να συλλάβει βαρυτικά κύματα
Λύνοντας το μυστήριο των βαρυτικών κυμάτων
Ενδιαφέρουσες ιστοσελίδες
LIGO
Τι είναι τα βαρυτικά κύματα Η σελίδα της NASA σχετικά με τα βαρυτικά κύματα
Home