Τι είναι τα βαρυτικά κύματα;
Τα βαρυτικά κύματα είναι αλλαγές στο βαρυτικό πεδίο που διαδίδονται
Πολωμένο κύμα βαρύτητας
Στη γενική θεωρία της σχετικότητας, καθώς και σεΤα περισσότερα άλλα σύγχρονα δείχνουν ότι τα βαρυτικά κύματα εμφανίζονται από την κίνηση μεγάλων σωμάτων με μεταβλητή επιτάχυνση. Τα βαρυτικά κύματα διαδίδονται ελεύθερα στο διάστημα με την ταχύτητα του φωτός. Είναι πολύ μικρά σε μέγεθος και δύσκολα καταχωρούνται.
Τα βαρυτικά κύματα ανακαλύφθηκαν για πρώτη φοράτον Σεπτέμβριο του 2015, δύο δίδυμοι ανιχνευτές του παρατηρητηρίου LIGO, οι οποίοι ανίχνευσαν βαρυτικά κύματα που πιθανόν να προκύπτουν από τη συγχώνευση δύο μαύρων οπών και το σχηματισμό μιας ακόμη τεράστιας περιστρεφόμενης μαύρης τρύπας.
Οποιοδήποτε διπλό αστέρι καθώς τα συστατικά του περιστρέφονταιγύρω από ένα κοινό κέντρο μάζας χάνει ενέργεια (όπως υποτίθεται - λόγω της ακτινοβολίας των βαρυτικών κυμάτων) και τελικά συγχωνεύεται μεταξύ τους. Αλλά για τα συνηθισμένα, μη συμπαγή, διπλά αστέρια, αυτή η διαδικασία διαρκεί πολύ χρόνο, πολύ περισσότερο από την τρέχουσα εποχή του Σύμπαντος.
Εάν το διπλό συμπαγές σύστημα αποτελείται απόζεύγη αστεριών νετρονίων, μαύρες τρύπες ή συνδυασμός και των δύο, η συγχώνευση μπορεί να συμβεί σε μερικά εκατομμύρια χρόνια. Αρχικά, τα αντικείμενα πλησιάζουν το ένα το άλλο και η τροχιακή τους περίοδος μειώνεται. Στη συνέχεια, στο τελικό στάδιο, υπάρχει σύγκρουση και ασύμμετρη βαρυτική κατάρρευση. Αυτή η διαδικασία διαρκεί ένα κλάσμα του δευτερολέπτου και κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου η ενέργεια απελευθερώνεται σε βαρυτική ακτινοβολία, η οποία, σύμφωνα με κάποιες εκτιμήσεις, υπερβαίνει το 50% της μάζας του συστήματος.
Πώς βρίσκονται τα βαρυτικά κύματα;
Είναι αρκετά δύσκολο να ανιχνευθούν τα βαρυτικά κύματα λόγω της αδυναμίας τους. Οι συσκευές καταγραφής τους είναι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων. Από τα τέλη της δεκαετίας του 1960 έχουν γίνει προσπάθειες ανίχνευσης.
Βαρυτικά κύματα ανιχνεύσιμου πλάτουςγεννιούνται κατά την κατάρρευση ενός διπλού πάλσαρ. Παρόμοια γεγονότα συμβαίνουν στην περιοχή του γαλαξία μας περίπου μία φορά τη δεκαετία. Οι ισχυρότερες και πιο συχνές πηγές βαρυτικών κυμάτων για βαρυτικά τηλεσκόπια και κεραίες είναι καταστροφές που σχετίζονται με την κατάρρευση δυαδικών συστημάτων σε κοντινούς γαλαξίες. Αναμένεται ότι στο εγγύς μέλλον θα καταγράφονται αρκετά παρόμοια γεγονότα ετησίως σε βελτιωμένους βαρυτικούς ανιχνευτές, παραμορφώνοντας τη μέτρηση στην περιοχή της Γης κατά 10−21—10−23.
Δύο σώματα κινούνται σε κυκλικές τροχιές γύρω από ένα κοινό κέντρο μάζας
Νέοι τρόποι ανίχνευσης βαρυτικών κυμάτων
Το 2017, οι επιστήμονες που πραγματοποίησαν ένα πείραμα στοΤο Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory (LIGO), κέρδισε το βραβείο Νόμπελ στη Φυσική για την πρώτη άμεση ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων που δημιουργήθηκαν από τη συγχώνευση δύο μαύρων οπών περίπου 1,3 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη. Τα κύματα που δημιουργούνται από αυτήν τη σύγκρουση παραβίασαν το υπόβαθρο βαρυτικών κυμάτων του Σύμπαντος και έφτασαν στη Γη.
Εκτός από τέτοιες έντονες ενοχλήσεις,που οι αστροφυσικοί έχουν ήδη μάθει να διορθώνουν, υπάρχει ένα λεγόμενο υπόβαθρο βαρυτικών κυμάτων - μια συνεχής ροή βαρυτικής ακτινοβολίας, η οποία, σύμφωνα με τη θεωρία, πλένει συνεχώς τη Γη.
Μια άλλη ευκαιρία για τον εντοπισμό του φόντουτων βαρυτικών κυμάτων που γεμίζουν το Σύμπαν είναι ένας χρονισμός υψηλής ακρίβειας των μακρινών πάλσαρ - μια ανάλυση του χρόνου άφιξης των παλμών τους, τα οποία αλλάζουν με χαρακτηριστικό τρόπο με τη δράση των βαρυτικών κυμάτων που διέρχονται από το διάστημα μεταξύ της Γης και του πάλσαρ.
Από το 2013, η ακρίβεια χρονισμού εκτιμάται ότι είναιπρέπει να αυξηθεί κατά περίπου μία τάξη μεγέθους για να μπορέσει να ανιχνεύσει τα κύματα φόντου από πολλές πηγές στο Σύμπαν μας, και αυτό το έργο μπορεί να λυθεί πριν από το τέλος της δεκαετίας. Αλλά η διέλευση ενός βαρυτικού κύματος θα πρέπει να αλλάξει ελαφρώς, κατά μερικά νανοδευτερόλεπτα, τον χρόνο κατά τον οποίο καταγράφονται αυτές οι εκλάμψεις. Έτσι, με την ακριβή παρακολούθηση του χρονισμού των μακρινών πάλσαρ, είναι θεωρητικά δυνατό να ανιχνευθεί το υπόβαθρο των βαρυτικών κυμάτων του γαλαξία. Αυτό επιβεβαιώνεται από τα προκαταρκτικά αποτελέσματα του έργου NANOGrav.
Τι νέα βαρυτικά κύματα έχουν βρει οι επιστήμονες;
Οι επιστήμονες είπαν ότι κατάφεραν να ανιχνεύσουν σημάδια σταθερής βαρυτικής ακτινοβολίας που διέρχεται από το Σύμπαν και παραμορφώνει το ιστό του χωροχρόνου.
Βρήκαμε ένα ισχυρό σήμα στο σύνολο δεδομένων μας. Δεν μπορούμε ακόμη να πούμε ότι πρόκειται για βαρυτικά κύματα φόντου, αλλά ο στόχος μας πλησιάζει.
Joseph Simon, αστροφυσικός και κύριος συγγραφέας της εργασίας
Σύμφωνα με τους συγγραφείς, κανένα άλλο παρατηρητήριομπορούν να ανιχνεύσουν κύματα βαρύτητας στο παρασκήνιο, επειδή επικεντρώνονται στην αναζήτηση μοναδικών συμβάντων διάρκειας αρκετών δευτερολέπτων. Στο πλαίσιο του πειράματος, οι επιστήμονες έχουν παρακολουθήσει 45 πάλσαρ για αρκετά χρόνια - και έχουν ήδη βρει σημάδια ελαφρών αλλαγών στη συχνότητά τους. Τα Pulsars μπορούν να συγκριθούν με γαλαξιακούς φάρους που βρίσκονται συνεχώς στο ίδιο μέρος.
Ψάχνουμε για κύματα που διαρκούν χρόνια ή δεκαετίες.Σύμφωνα με τη θεωρία, οι γαλαξιακές συγχωνεύσεις και άλλα κοσμολογικά γεγονότα προκαλούν μια συνεχή έκρηξη τεράστιων βαρυτικών κυμάτων. Χρειάζονται χρόνια ή και περισσότερα για να περάσει ένα τέτοιο κύμα από τη Γη. Για αυτόν τον λόγο, κανένα άλλο υπάρχον πείραμα δεν μπορεί να τα εντοπίσει άμεσα.
Joseph Simon, αστροφυσικός και κύριος συγγραφέας της εργασίας
Τα κύματα βαρύτητας που περνούν αλλάζουνένα σταθερό μοτίβο φωτός που προέρχεται από πάλσαρ, αυξάνοντας ή συστέλλοντας τις σχετικές αποστάσεις που ταξιδεύουν αυτές οι ακτίνες στο διάστημα. Με άλλα λόγια, οι επιστήμονες μπορούν θεωρητικά να ανιχνεύσουν το υπόβαθρο των βαρυτικών κυμάτων παρακολουθώντας συσχετισμένες αλλαγές στον χρόνο άφιξης της παλμικής ακτινοβολίας στη Γη.
Τι κάνουν αυτά τα βαρυτικά κύματα;
Τα διερχόμενα βαρυτικά κύματα αλλάζουνένα σταθερό μοτίβο φωτός που εκπέμπεται από πάλσαρ, αυξάνοντας ή συμπιέζοντας τις σχετικές αποστάσεις που διανύουν αυτές οι ακτίνες στο διάστημα. Με άλλα λόγια, οι επιστήμονες θα μπορούσαν θεωρητικά να ανιχνεύσουν το φόντο των βαρυτικών κυμάτων παρακολουθώντας τις συσχετισμένες αλλαγές στους χρόνους άφιξης της ακτινοβολίας πάλσαρ στη Γη. Ωστόσο, αυτό δεν αρκεί για οριστικά συμπεράσματα. Ως εκ τούτου, οι αστρονόμοι έχουν ανακοινώσει σχέδια για τη δημιουργία IPTA, ενός δικτύου οργάνων που θα καταστήσει δυνατή την καταγραφή τέτοιων αποκλίσεων για μεγάλο αριθμό πάλσαρ.
Ανίχνευση του φόντου βαρυτικών κυμάτων θα είναιένα μεγάλο βήμα μπροστά, αλλά μόνο ένα πρώτο βήμα. Το επόμενο στάδιο θα είναι η ανακάλυψη των πηγών τους και μετά - κάθε νέο που μπορούν να μας πουν για το Σύμπαν.
Joseph Simon, αστροφυσικός και κύριος συγγραφέας της εργασίας
Διαβάστε περισσότερα
Έρευνα: οι άνθρωποι δεν θα μπορούν να ελέγχουν υπερ-ευφυείς μηχανές AI
Άμβλωση και επιστήμη: τι θα συμβεί στα παιδιά που θα γεννήσουν
Δείτε τις πιο όμορφες φωτογραφίες του Χαμπλ. Τι έχει δει το τηλεσκόπιο σε 30 χρόνια;