ΒΑΡΥΤΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ: Η ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΗ ΑΝΑΚΑΛΥΨΗ ΤΟΥ 2016

100 χρόνια μετά την πρόβλεψη της ύπαρξής των Βαρυτικών Κυμάτων από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν στη Θεωρία της Γενικής Σχετικότητας o εντοπισμός τους ανακυρήχτηκε η μεγαλύτερη ανακάλυψη του 2016. Η επίσημη ανακοίνωση της ανακάλυψής τους έγινε στις 11 Φεβρουαρίου 2016 με βάση την παρατήρηση που έγινε στις 14 Σεπτεμβρίου 2015 (στις 12.51 μ.μ. ώρα Ελλάδος). Την ημέρα εκείνη εντοπίστηκε η σύγκρουση δύο μαύρων τρυπών, η μία με μάζα 36 ηλιακών μαζών και η άλλη με 29 ηλιακές μάζες, σε απόσταση 1,3 δισεκατομμυρίου ετών φωτός από τη Γη. Λίγο πριν από τη σύγκρουση, οι δύο μαύρες τρύπες περιφέρονταν η μία γύρω από την άλλη 250 φορές το δευτερόλεπτο, ενώ η ταχύτητα περιφοράς τους έφτανε τα 150.000 χλμ. το δευτερόλεπτο.

Η σύγκρουση εκείνη δημιούργησε μια μεγαλύτερη μαύρη τρύπα με μάζα 62 ηλιακές μάζες ενώ οι τρεις “χαμένες” ηλιακές μάζες μετετράπησαν σε ενέργεια βαρυτικών κυμάτων, η οποία ως ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία θα ήταν αντίστοιχη με 50 φορές περισσότερη ενέργεια απ’ αυτή που εκπέμπουν όλα τα άστρα του σύμπαντος! Παρ’ όλα αυτά η παραμόρφωση των ακτίνων λέιζερ που κατέγραψαν τα δύο συμβολόμετρα LIGO στη Λουιζιάνα και την Ουάσιγκτον (με δύο στελέχη τεσσάρων χιλιομέτρων κάθετο το ένα στο άλλο και τα οποία είχαν δημιουργηθεί γι’ αυτού του είδους τις παρατηρήσεις) δεν υπερέβαινε τα τέσσερα χιλιοστά της διαμέτρου ενός πρωτονίου. Η πιθανότητα κάποιου λάθους στην παρατήρηση αυτή είναι μία στα πέντε εκατομμύρια, που στην ουσία αποτελεί μια απόλυτη βεβαιότητα!

Με την ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων του LIGO αποδείχθηκε, μεταξύ άλλων, πως οι μαύρες τρύπες δεν είναι απλώς μαθηματικά μόνο κατασκευάσματα της θεωρίας του Αϊνστάιν αλλά υπάρχουν πράγματι στο Σύμπαν ακόμη και σε διπλά συστήματα τέτοιων αντικειμένων. Επιβεβαιώθηκε, επιπλέον, ότι τα βαρυτικά κύματα κινούνται με την ταχύτητα του φωτός και μεταφέρουν πληροφορίες που περιγράφουν τη βίαιη προέλευσή τους, την ιστορία της πηγής που τα δημιούργησε, τη μάζα τους, την ταχύτητα περιστροφής, το σχήμα της τροχιάς, το πώς σχηματίζονται τέτοια διπλά συστήματα καθώς επίσης και τη θέση και την απόσταση ενός τέτοιου συστήματος. Μέχρι τώρα δεν είχαμε ποτέ μια τόσο άμεση πληροφόρηση που να προέρχεται από τις ίδιες τις μαύρες τρύπες, αν και είχαμε ενδείξεις για την ύπαρξή τους από άλλες πηγές.

Με όλα αυτά αποδεικνύεται ότι τα βαρυτικά κύματα του LIGO μάς ανοίγουν ένα καινούργιο παράθυρο ανακαλύψεων, αφού μπορούμε να «ακούσουμε» για πρώτη φορά τους ψιθύρους του Σύμπαντος να μας «μιλάνε», μια και οι συχνότητες των βαρυτικών αυτών κυμάτων είναι συχνότητες που ακούει το ανθρώπινο αυτί. Την ύπαρξη των ψιθυρισμών αυτών του Σύμπαντος από τη βίαιη μετακίνηση μεγάλων μαζών είχε προβλέψει ο Αϊνστάιν πριν από 100 χρόνια, υποστηρίζοντας ότι θα είχαν τη μορφή πτυχώσεων ή ταλαντώσεων στη δομή του χωρόχρονου. Θεωρούσε, μάλιστα, ότι ο εντοπισμός τους θα ήταν μάλλον αδύνατος, αφού η βαρυτική δύναμη (αλληλεπίδραση) είναι 100 τρισεκατομμύρια τρισεκατομμυρίων τρισεκατομμύρια φορές μικρότερης έντασης από την ηλεκτρομαγνητική δύναμη (αλληλεπίδραση).

Κι όμως στα μέσα του περασμένου Ιουνίου το LIGO ξαναχτύπησε και πάλι όταν οι ερευνητές του ανακοίνωσαν τον εντοπισμό ενός ακόμη σήματος που παρατηρήθηκε τα ξημερώματα της επομένης ημέρας των Χριστουγέννων του 2015 και το οποίο προέρχονταν από τη σύγκρουση, και τις τελευταίες 27 περιφορές πριν απ’ αυτή, δύο μικρότερων μαύρων τρυπών (14 και 8 ηλιακών μαζών) και σε απόσταση 1,4 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη. Η δεύτερη αυτή σύγκρουση είχε σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία μιας μαύρης τρύπας 21 ηλιακών μαζών, ενώ τα υλικά μιας ολόκληρης ηλιακής μάζας είχαν μετατραπεί, σε κλάσμα του δευτερολέπτου, σε βαρυτική ενέργεια η οποία έφτασε στη Γη με τη μορφή κυματισμών στο χωροχρονικό συνεχές του Σύμπαντος και η οποία αντιστοιχεί με την εκπομπή ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας ίσης μ’ αυτήν που εκπέμπουν ένα τρισεκατομμύριο γαλαξίες σαν τον δικό μας.

Ήδη, δύο ερευνητικές ομάδες από τα Πανεπιστήμια Τζονς Χόπκινς και Τόκιο, ανεξάρτητα η μία από την άλλη, εκτιμούν ότι οι μικρομεσαίες μαύρες τρύπες που εμπλέκονται σ’ αυτές τις συγκρούσεις ίσως να προέρχονται από τις πρώτες στιγμές της γέννησης του Σύμπαντος πριν από 13,82 δισεκατομμύρια χρόνια. Οι δύο αυτές ομάδες ερευνητών εκτιμούν ότι αυτού του είδους τα αντικείμενα πρέπει να είναι οι «αρχέγονες» μαύρες τρύπες που προβλέπονται από ορισμένες θεωρίες της γέννησης του Σύμπαντος και οι οποίες είχαν απασχολήσει την επιστημονική κοινότητα τη δεκαετία του 1990, ενώ άλλοι ερευνητές θεωρούν ότι τέτοιου είδους μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να αποτελέσουν και τη λύση της ύπαρξης της “Σκοτεινής Υλης” που συνεισφέρει το 85% της Υλης του Σύμπαντος. Άλλοι πάλι υπολογισμοί των δεδομένων από τις δύο πρώτες παρατηρήσεις εκτιμούν ότι οι μαύρες αυτές τρύπες προέρχονται από την απευθείας κατάρρευση μεγάλων ποσοτήτων ύλης, χωρίς την προηγούμενη έκρηξη μιας σουπερνόβα όπως συμβαίνει με τις “κανονικές αστρικές” μαύρες τρύπες.

Είναι, πάντως, βέβαιο ότι το νέο αυτό παράθυρο που μας άνοιξε η ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων θα μας αποκαλύψει πολλά από τα μυστικά που κρύβουν οι μαύρες τρύπες, αλλά και γενικότερα το Σύμπαν. Γι’ αυτό δεν θεωρώ καθόλου απίθανο οι τρεις κύριοι δημιουργοί του LIGO (οι Reiner Weiss, Kip Thorne και Ronald Drever) να είναι οι αποδέκτες του Βραβείου Νομπέλ Φυσικής του 2017, αφού στους τρεις αυτούς ερευνητές απονεμήθηκαν ήδη όλα τα σχετικά βραβεία Φυσικής του 2016 μεταξύ των οποίων το Special Breakthrough Prize, το Gruber Prize, το Shaw Prize, το Kavli Award, το Tomalla Prize, και το Georges Lemaître Prize!

Διονύσης Σιμόπουλος

ΕΠΙΤΙΜΟΣ ΔΝΤΗΣ ΤΟΥ ΕΥΓΕΝΙΔΕΙΟΥ ΠΛΑΝΗΤΑΡΙΟΥ