Η ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων

H ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων Τα βαρυτικά κύματα είναι κυματισμοί στο κατά τα άλλα σκληρό, άκαμπτο ύφασμα του χωροχρόνου που παράγονται από τα πιο βίαια φαινόμενα που μπορεί να προσφέρει ο Κόσμος-πράγματα όπως η έκρηξη άστρων και οι συγκρούσεις μεταξύ υπέρπυκνων αστέρων νετρονίων ή η συγχώνευση μαύρων οπών. Τα όργανα μας δεν ήταν αρκετά ευαίσθητα για να τα ανιχνεύσουν μέχρι πολύ πρόσφατα. Το 1916, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν πρότεινε ότι τα βαρυτικά κύματα θα μπορούσαν να είναι ένα φυσικό αποτέλεσμα της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, η οποία λέει ότι τα πολύ ογκώδη αντικείμενα παραμορφώνουν τον ιστό του χρόνου και του χώρου-ένα φαινόμενο που αντιλαμβανόμαστε ως βαρύτητα. Πολύ ογκώδη αντικείμενα θα πρέπει να ζαρώνουν τον χωρόχρονο και να στέλνουν αυτές τις παραμορφώσεις σε όλο τον κόσμο, όπως οι κυματισμοί που απλώνονται σε μια λίμνη με την ταχύτητα του φωτός. Αν και πολλοί άλλοι επιστήμονες αποδέχθηκαν την πρόβλεψη του Αϊνστάιν, ο ίδιος ο Αϊνστάιν δεν ήταν απόλυτα πεπεισμένος ότι είχε δίκιο. Τις επόμενες δεκαετίες, ασχολήθηκε συνεχώς με το ζήτημα των βαρυτικών κυμάτων και κατά καιρούς δημοσίευε έγγραφα που διέψευδαν την αρχική του ιδέα. Τη στιγμή που τα βαρυτικά κύματα φτάνουν σε εμάς από τα μακρινά γεγονότα που τα γεννούν, παραμορφώνουν το χωρόχρονο κατά ένα εξαιρετικά μικροσκοπικό ποσό. Η παραμόρφωση είναι πολλές φορές μικρότερη από το πλάτος ενός πρωτονίου, ενός από τα σωματίδια στον πυρήνα ενός ατόμου. Η μέτρηση τέτοιων μικρών αλλαγών στο μήκος είναι σχεδόν αδύνατη για τα περισσότερα όργανα. Στη δεκαετία του 1970, οι επιστήμονες που παρατηρούσαν ένα ζευγάρι πάλσαρ που περιφέρονταν το ένα γύρω από το άλλο, ανίχνευσαν έμμεσα βαρυτικά κύματα για πρώτη φορά. Χρησιμοποιώντας το γιγάντιο ραδιοτηλεσκόπιο στο Arecibo του Πουέρτο Ρίκο, η ομάδα είχε μετρήσει τις τροχιές των δύο πάλσαρ και είχε διαπιστώσει ότι κινούνταν πιο κοντά μεταξύ τους. Για να συμβεί αυτό, το σύστημα πρέπει να ακτινοβολούσε ενέργεια με τη μορφή βαρυτικών κυμάτων, γεγονός που έκανε τους Joe Taylor και Russell Hulse να κερδίσουν το Νόμπελ Φυσικής το 1993. Αλλά μόλις το 2015 το Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυμάτων Συμβολόμετρου Λέιζερ εντόπισε απευθείας βαρυτικά κύματα, χρησιμοποιώντας ένα ζευγάρι υπερευαίσθητων ανιχνευτών. Η ανακάλυψη τελείωσε έναν αιώνα εικασιών και επιβεβαίωσε την αρχική πρόβλεψη του Αϊνστάιν. Στις 16 Οκτωβρίου 2015, οι επιστήμονες ανακοίνωσαν την πρώτη παρατήρηση ανίχνευσης βαρυτικών κυμάτων, ρυτίδων στο χωρόχρονο, που εκτοξεύθηκαν από δύο συγκρουόμενα αστέρια νετρονίων. Η αστρική συντριβή, η οποία έλαβε χώρα πριν από 130 εκατομμύρια χρόνια στον αστερισμό της Ύδρας, σηματοδοτεί την πρώτη φορά που οι αστρονόμοι έχουν αντιστοιχήσει τα βαρυτικά κύματα με μια ορατή πηγή. Στις 3 Οκτωβρίου 2017, οι ιδρυτές του Παρατηρητηρίου Rai Weiss, Kip Thorne και Barry Barish κερδίζουν το Νόμπελ Φυσικής για το έργο τους στην ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων. Ας περιγράψουμε όμως τους ανιχνευτές του Παρατηρητηρίου με τους οποίους έγινε η ανακάλυψη πριν μερικά χρόνια. Η εγκατάσταση αποτελείται από δύο πανομοιότυπους ανιχνευτές σε σχήμα L στην πολιτεία Ουάσιγκτον και τη Λουιζιάνα, καθένας από τους οποίους χρησιμοποιεί λέιζερ και καθρέπτες για να μετρήσει τις μικροσκοπικές αλλαγές στο χωρόχρονο που πραγματοποιούνται από τη διέλευση των βαυτικών κυμάτων. Το όνομα του παιχνιδιού σε κάθε τοποθεσία είναι η καταγραφή της αλλαγής της απόστασης μεταξύ των καθρεπτών. Ένα λέιζερ που αναπηδά μπρος-πίσω ανάμεσα στους καθρέπτες παρακολουθεί πόσο απέχουν μεταξύ τους σε σχεδόν απίστευτα ακριβή βαθμό. Το επόμενο αναπάντητο ερώτημα-μυστήριο, αφορά την σκοτεινή ύλη η οποία αποτελεί το 95% του Σύμπαντος. Αυτές τις μέρες εκτοξεύτηκε ένα πανίσχυρο τηλεσκόπιο με τις παρατηρήσεις του οποίου οι επιστήμονες ευελπιστούν ότι θα δώσουν απαντήσεις σε αναπάντητα ερωτήματα που τους βασανίζουν. (Για την άντληση περισσότερων πληροφοριών επί του θέματος ανατρέξτε στο περιοδικό NATIONAL GEOGRAPHIC). Αριστείδης Αρχοντάκης* *συγγραφέας, φυσικός.