Γιατί η ανακάλυψη των βαρυτικών κυμμάτων είναι τόσο σημαντική;

varutika-kummata
Διαβάστε επίσης

Γράφει ο Διονύσης Σιμόπουλος

Στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας ο Αϊνστάιν περιέγραψε τη βαρύτητα ως τη παραμόρφωση που προκαλεί η παρουσία της ύλης στην δομή του τετραδιάστατου χωροχρόνου. Οποιοδήποτε μικρό ή μεγάλο κομμάτι ύλης, είτε άτομο είναι αυτό, είτε πλανήτης, είτε άστρο, είτε γαλαξίας, μπορεί και παραμορφώνει την δομή του χωρόχρονου.

Καθώς τα διάφορα αντικείμενα κινούνται μέσα στο Σύμπαν, είναι σαν να κυλάνε μέσα, έξω, και γύρω απ” αυτές τις χωροχρονικές παραμορφώσεις, και η κίνηση τους επηρεάζεται από τις παραμορφώσεις αυτές που δεν μπορούμε να δούμε.

Αντίθετα, εκείνο το οποίο βλέπουμε είναι το αποτέλεσμα που έχει στα διάφορα αυτά αντικείμενα η επίδραση της μυστηριώδους δύναμης που ονομάζουμε βαρύτητα. Με άλλα λόγια «η ύλη λέει στο χωροχρόνο πώς θα καμπυλωθεί και ο βαθμός καμπύλωσης του χωρόχρονου υπαγορεύει στην ύλη πώς θα κινηθεί» όπως τόσο χαρακτηριστικά έγραφε πριν από χρόνια ο αείμνηστος καθηγητής John Archibald Wheele.

Στη Γενική Σχετικότητα, λοιπόν, η μετακίνηση αντικειμένων με τεράστιες μάζες εκπέμπουν βαρυτική ακτινοβολία με την μορφή βαρυτικών κυμάτων. Επειδή όμως η Βαρύτητα είναι η πιο αδύναμη από τις θεμελιώδεις δυνάμεις η επίδραση των βαρυτικών κυμάτων είναι εξ ίσου αδύναμη οπότε μέχρι τώρα δεν είχε επιτευχθεί ο εντοπισμός τους.

Παρ’ όλα αυτά υπήρχαν ισχυρές ενδείξεις για την ύπαρξή τους σε σχέση με την ανακάλυψη το 1974 ενός συστήματος δύο πάλσαρ από τους αμερικανούς αστροφυσικούς Russel Hulse και Joseph Taylor, οι οποίοι για την ανακάλυψή τους αυτή τιμήθηκαν το 1993 με το Νόμπελ Φυσικής.

Ως γνωστόν, τα πάλσαρ είναι ταχύτατα περιστρεφόμενα άστρα νετρονίων με πανίσχυρα μαγνητικά πεδία, τα οποία εκπέμπουν ακτινοβολίες όπως ένας φάρος. Μάλιστα το αστρικό σύστημα των Hulse-Taylor, βοήθησε στον έλεγχο ορισμένων προβλέψεων της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, γιατί καθώς τα δύο άστρα νετρονίων στροβιλίζονται όλο και πλησιέστερα το ένα με το άλλο, υπολογίζεται ότι τελικά θα συγκρουστούν σε περίπου 300 εκατομμύρια χρόνια, αφού σύμφωνα με τη Γενική Σχετικότητα όταν ένα τέτοιο διπλό αστρικό σύστημα εκπέμπει βαρυτικά κύματα η περίοδός της τροχιάς του μειώνεται.

Αν και οι μεταβολές αυτές είναι ελάχιστες, εντούτοις αντιστοιχούν με μεγάλη ακρίβεια στις τιμές που προβλέπει η Γενική Σχετικότητα, γεγονός που αποτελούσε μια έμμεση ένδειξη ότι τα βαρυτικά κύματα που προέβλεψε ο Αϊνστάιν υπάρχουν.

Την Πέμπτη, αυτή η έμμεση ένδειξη έγινε άμεση με την δημοσίευση των αποτελεσμάτων της παρατήρησης που έγινε στις 14 Σεπτεμβρίου 2015 για την σύγκρουση δύο “Μαύρων Τρυπών” σε απόσταση 1,3 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη.

Η μία από τις δύο αυτές μαύρες τρύπες είχε μάζα 36 ηλιακές μάζες και η άλλη 29 ηλιακές μάζες και, λίγο πριν από την σύγκρουση τους, οι δύο μαύρες τρύπες περιφέρονταν, η μία γύρω από την άλλη, 250 φορές το δευτερόλεπτο, ενώ η ταχύτητά τους έφτανε τα 150.000 χλμ. το δευτερόλεπτο.

Η σύγκρουση έγινε σε χρονικό διάστημα ενός πέμπτου του δευτερολέπτου και δημιούργησε μία μεγαλύτερη με μάζα 62 ηλιακές μάζες με το σήμα της παρατήρησης να είναι ιδιαίτερα θεαματικό.

Η μάζα της μαύρης τρύπας που δημιουργείται από την σύγκρουση εξαρτάται από την γεωμετρία και το σπιν της σύγκρουσης κι έτσι δεν είναι το σύνολό τους αφού ένα 5% περίπου «χάνεται» με την μορφή της ενέργειας των βαρυτικών κυμάτων που παράγονται κατά την σύγκρουση. Έτσι κι εδώ αντί των 65 ηλιακών μαζών έχουμε μία μαύρη τρύπα 62 ηλιακών μαζών.

Οι τρεις χαμένες ηλιακές μάζες μετετράπησαν σε ενέργεια βαρυτικών κυμάτων η οποία ως ορατό φως θα ήταν αντίστοιχο με ένα δισεκατομμύριο τρισεκατομμυρίων ήλιους! Παρ’ όλα αυτά η παραμόρφωση που κατέγραψαν τα δύο παρατηρητήρια LIGO στη Λουιζιάνα και την Ουάσγκτον μετακινήθηκε τέσσερα χιλιοστά της διαμέτρου ενός πρωτονίου!

skai.gr

Παλαιότερα άρθρα: