“Είναι η πρώτη άμεση ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων και συμφωνεί με ό,τι προέβλεψε ο Άλμπερ Αϊνστάιν σχεδόν πριν από 100 χρόνια”. Η έρευνα από το Ligo Collaboration για τα βαρυτικά κύματα έγινε δεκτή για δημοσίευση στο περιοδικό Physical Review Letters.
H ανακάλυψη αποτελεί επιβεβαίωση της θεωρίας της Σχετικότητας του Αϊνστάιν, ενώ αναμένεται να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα το Σύμπαν. Η ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων αποτελεί, όπως τόνισε ο Karsten Danzmann από το Ινστιτούτο Max Planck, μια από τις σημαντικότερες εξελίξεις στον τομέα της επιστήμης μετά την ανακάλυψη του σωματιδίου Higgs.
Την προηγούμενη φορά, το 2014, που είχε γίνει μία ανάλογη ανακοίνωση από άλλη ερευνητική κοινοπραξία, είχε αργότερα διαψευσθεί. Τώρα όμως, όπως τονίστηκε σε σχετική συνέντευξη Τύπου στην Ουάσιγκτον, η ανίχνευση είναι αξιόπιστη.
Η πηγή των βαρυτικών κυμάτων είναι μία σύγκρουση και συγχώνευση δύο τεράστιων μαύρων τρυπών, με μάζες περίπου 30 φορές μεγαλύτερη του Ήλιου, σε απόσταση 1,3 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη. Το συμβάν αυτό απελευθερώνει τεράστια μάζα-ενέργεια με τη μορφή βαρυτικών κυμάτων, τα οποία έγιναν αντιληπτά από τους ανιχνευτές του LIGO.
Όπως είπε ο David Reitze, διευθυντής του Εργαστηρίου LIGO του Caltech, μέσω των βαρυτικών κυμάτων παρατηρήθηκε για πρώτη φορά μια συγχώνευση δύο μαύρων οπών, μια απόδειξη ότι οι μαύρες τρύπες όντως υπάρχουν.
Τα βαρυτικά κύματα είχαν προβλεφθεί από τη Γενική Θεωρία Σχετικότητας του Αϊνστάιν πριν από ένα αιώνα, αλλά ποτέ δεν είχαν παρατηρηθεί άμεσα μέχρι σήμερα, παρότι αναζητούνται εδώ και δεκαετίες. Μέχρι σήμερα, ψευδή σήματα και ανεπαρκή όργανα εμπόδιζαν την ανίχνευσή τους, καθώς τα μακρινά βαρυτικά κύματα φθάνουν στη Γη σχετικά εξασθενημένα.
Αυτή τη φορά το σήμα που ανιχνεύθηκε, συμφωνεί απολύτως με τις θεωρητικές προβλέψεις του Αϊνστάιν. «Επί μήνες κάναμε αναλύσεις και επανελέγχους , ώστε να είμαστε σίγουροι ότι πρόκειται για τα βαρυτικά κύματα και τώρα είμαστε πεπεισμένοι», τόνισε ο κ. Reitze.
Τα βαρυτικά κύματα εξαπλώνονται στο Σύμπαν ως ομόκεντροι κύκλοι από μια κατακλυσμική πηγή-αφετηρία (ένα ακραία βίαιο συμβάν όπως εκρήξεις ή συγκρούσεις άστρων ή μαύρων τρυπών), «συμπιέζοντας» και «τεντώνοντας» τον ιστό του χωροχρόνου. Η ανίχνευσή τους αναμένεται να χαρίσει ένα Νόμπελ Φυσικής στους επιστήμονες που έκαναν την ανακοίνωση, καθώς πρόκειται για μια από τις σημαντικότερες ανακαλύψεις της εποχής μας.
Παράλληλα με την προφορική ανακοίνωση από επιστήμονες των πανεπιστημίων Caltech (Τεχνολογικού Ινστιτούτου Καλιφόρνια) και ΜΙΤ, της ερευνητικής κοινοπραξίας LIGO και του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών (NSF) των ΗΠΑ, γίνονται οι σχετικές επιστημονικές δημοσιεύσεις, με την πρώτη στο «Physical Review Letters».
Το Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυμάτων Μέσω Συμβολόμετρου Λέιζερ (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory – LIGO) αποτελείται από δύο πανομοιότυπους υπερευαίσθητους ανιχνευτές, κατασκευασμένους από ερευνητές του Caltech και του ΜΙΤ με χρηματοδότηση του NSF, οι οποίοι είναι εγκατεστημένοι σε απόσταση περίπου 3.000 χιλιομέτρων μεταξύ τους, ο ένας στο Λίβινγκστον της Λουιζιάνα και ο άλλος στο Χάνφορντ της Ουάσιγκτον.
Κάθε ανιχνευτής έχει δύο βραχίονες τεσσάρων χιλιομέτρων σε σχήμα «L», κατά μήκος των οποίων στέλνεται μια ακτίνα λέιζερ, που διαχωρίζεται σε δύο και μετά ανακλάται πάλι πίσω. Το πείραμα προσπαθεί να «πιάσει» τις ανεπαίσθητες δονήσεις που αφήνουν στο πέρασμα τους από τη Γη τα βαρυτικά κύματα, καθώς επί εκατομμύρια έτη ταξιδεύουν στο Σύμπαν με την ταχύτητα του φωτός. Ένα διερχόμενο από τον πλανήτη μας βαρυτικό κύμα μεταβάλλει απειροελάχιστα -αλλά μετρήσιμα- την απόσταση που διανύει η ακτίνα λέιζερ στους ανιχνευτές LIGO.
Το LIGO λειτούργησε μεταξύ 2002-2010 χωρίς επιτυχία, ενώ μετά από μια αναβάθμιση κόστους 200 εκατ. δολαρίων, που βελτίωσε δραστικά τις δυνατότητές του, τέθηκε ξανά σε λειτουργία πέρυσι τον Σεπτέμβριο ως Advanced LIGO.
Και άλλες ερευνητικές ομάδες, με άλλα επίγεια πειράματα, προσπαθούν να ανιχνεύσουν τα βαρυτικά κύματα, με κυριότερη τη VIRGO στην Ιταλία. Το σχετικό πείραμα λειτούργησε χωρίς ευρήματα έως το 2011, μετά αναβαθμίστηκε σε Advanced Virgo και θα επαναλειτουργήσει εντός του 2016.
Μία άλλη επιστημονική ομάδα-πείραμα είναι το BICEP-2 στην Ανταρκτική, που έκανε την «γκάφα» πρόπερσι, ανακοινώνοντας ότι είχε παρατηρήσει τα αρχέγονα βαρυτικά κύματα της «Μεγάλης Έκρηξης» (Μπιγκ Μπανγκ), ενώ μάλλον επρόκειτο για παραπλανητικό εύρημα εξαιτίας της διαστρικής σκόνης. Τα επόμενα χρόνια, σχεδιάζεται και το πρώτο αντίστοιχο πείραμα στο διάστημα (Laser Interferometer Space Antenna-LISA). Προπομπός του είναι η αποστολή του επιστημονικού δορυφόρου LISA Pathfinder, που εκτόξευσε πέρυσι η Ευρώπη.
Η ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων -εφόσον επιβεβαιωθεί- μεταξύ άλλων ανοίγει ένα τελείως νέο πεδίο στην αστρονομία: την «αστρονομία βαρυτικών κυμάτων» ή «βαρυτική αστρονομία», που θα προστεθεί στην οπτική αστρονομία, στη ραδιοαστρονομία, στην αστρονομία ακτίνων-Χ, υπερύθρων, νετρίνων κ.ά. Η βαρυτική αστρονομία θα «ακούει» -παρά θα «βλέπει»- πράγματα άγνωστα έως τώρα, εφόσον τα βαρυτικά κύματα, καθώς ταξιδεύουν στο Σύμπαν, δεν εμποδίζονται από τίποτε. Επιπλέον, θα αποτελέσει το καλύτερο ίσως «παράθυρο» για τη μελέτη του προέλευσης του Σύμπαντος, αφού τα βαρυτικά κύματα υπήρχαν εξαρχής, πολύ πριν «γεννηθεί» το φως στον Κόσμο.
Η Ελληνίδα που συμμετέχει στη διεθνή επιστημονική κοινοπραξία LIGO
Στη διεθνή επιστημονική κοινοπραξία LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) που έκανε τη βαρυσήμαντη ανακοίνωση για την ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων, συμμετέχει εδώ και 15 χρόνια ως βασική ερευνήτρια μία κορυφαία Ελληνίδα επιστήμων της διασποράς, η Βίκυ Καλογερά, καθηγήτρια αστροφυσικής του Πανεπιστημίου Northwestern του Σικάγο.
Μάλιστα θεωρείται η κορυφαία αστροφυσικός μεταξύ όλων των ερευνητών-μελών του πειράματος LIGO. Η κοινοπραξία (LIGO Scientific Collaboration), που συστάθηκε το 1997, περιλαμβάνει σήμερα πάνω από 1.000 φυσικούς και αστροφυσικούς από 83 πανεπιστήμια και ερευνητικά κέντρα 15 χωρών.
Η Ελλάδα δεν συμμετέχει, όμως στην κοινοπραξία των βαρυτικών κυμάτων συμμετέχουν και άλλοι ελληνικής καταγωγής επιστήμονες, όπως ο αναπληρωτής καθηγητής Ερωτόκριτος Κατσαβουνίδης (ΜΙΤ), ο μεταδιδακτορικός ερευνητής Αντώνης Κοντός (ΜΙΤ), η καθηγήτρια Μαίρη Σακελλαριάδου (King’s College Λονδίνου), o διδακτορικός ερευνητής Μιχάλης Αγάθος (Εθνικό Ινστιτούτο Υποατομικής Φυσικής Ολλανδίας-πείραμα Virgo) κ.ά.
Το Αθηναϊκό και Μακεδονικό Πρακτορείο Ειδήσεων ζήτησε από την κ. Καλογερά να σχολιάσει την ανακάλυψη:
Ερ.: Ποια είναι η σημασία της ανακάλυψης;
Απ.: Ανοίγουμε ένα καινούριο παράθυρο παρατηρήσεων στο Σύμπαν. Τα βαρυτικά κύματα μάς δίνουν πληροφορίες για τις μαύρες τρύπες και όχι μόνο, που κανένα ηλεκτρομαγνητικό τηλεσκόπιο δεν μπορεί να μας δώσει.
Ερ.: Υπάρχει περίπτωση να υπάρξει μελλοντική διάψευση, όπως στην ατυχή περίπτωση της ανακοίνωσης του 2014 από τους ερευνητές του BICEP-2;
Απ.: Όχι! Αυτή τη φορά, η σχετική επιστημονική δημοσίευση έχει γίνει αποδεκτή από επιστημονικό περιοδικό.
Ερ.: Ποια είναι η προσωπική σας συμμετοχή στην όλη προσπάθεια και έρευνα για τα βαρυτικά κύματα;
Απ.: Είμαι μέλος του LIGO εδώ και 15 χρόνια και καθοδηγώ τις αστροφυσικές μελέτες για την ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων.
Ερ.: Ποιοι θα είναι πλέον οι επόμενοι στόχοι της έρευνας του LIGO και των άλλων πειραμάτων (VIRGO, LISA κ.α.); Τι να περιμένουμε στο μέλλον;
Απ.: Θα πρέπει να περιμένουμε περισσότερες ανακαλύψεις και την ανάπτυξη του πεδίου των βαρυτικών κυμάτων ως ενός καινούριου πεδίου αστρονομίας με εκατοντάδες πηγές νέων παρατηρήσεων, όπως μαύρες τρύπες και αστέρες νετρονίων.
Η Β. Καλογερά αποφοίτησε το 1992 από το Τμήμα Φυσικής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, πήρε το διδακτορικό της το 1997 από το Πανεπιστήμιο του Ιλινόις και μετά έκανε μεταδιδακτορική έρευνα στο Κέντρο Αστροφυσικής Χάρβαρντ-Σμιθσόνιαν. Το 2001 έγινε επίκουρη καθηγήτρια στο Τμήμα Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου Northwestern, το 2006 αναπληρώτρια και το 2009 τακτική καθηγήτρια.
Είναι συνιδρύτρια και διευθύντρια του Κέντρου Διεπιστημονικής Εξερεύνησης και Έρευνας στην Αστροφυσική (CIERA) και συγγραφέας άνω των 200 επιστημονικών δημοσιεύσεων, μεταξύ των οποίων και για τα βαρυτικά κύματα. Έχει πολλές βραβεύσεις στο ενεργητικό της και η έρευνά της χρηματοδοτείται, μεταξύ άλλων, από τη NASA.
Τι είναι τα βαρυτικά κύματα
Τα βαρυτικά κύματα είναι διαταράξεις της καμπυλότητας του χωροχρονικού συνεχούς τις οποίες προβλέπει η Γενική θεωρία της Σχετικότητας. Τα κύματα μεταφέρουν ενέργεια υπό την μορφή βαρυτικής ακτινοβολίας. Υποψήφιες προς ανίχνευση και εντοπισμό πηγές βαρυτικών κυμάτων είναι διπλά αστρικά συστήματα λευκών νάνων, αστέρων νετρονίων και μαύρων τρυπών. Γενικά, τα βαρυτικά κύματα εκπέμπονται από αντικείμενα (μάζες) με επιταχυνόμενη κίνηση με την προϋπόθεση ότι οι κινήσεις τους δεν είναι τέλεια σφαιρικές ή κυλινδρικά συμμετρικές (π.χ. περιστρεφόμενοι δίσκοι).
Τα βαρυτικά κύματα μπορούν θεωρητικά να υπάρξουν σε όλες τις συχνότητες. Πρακτικά, βαρυτικά κύματα πολύ χαμηλής συχνότητας είναι αδύνατον να ανιχνευθούν. Το φάσμα βαρυτικών κυμάτων εκτιμάται από 10-7Hz ως 1011Hz καθώς το άνω όριο περιορίζεται από την μη ύπαρξη πηγών βαρυτικής ακτινοβολίας υψηλών συχνοτήτων.
Παρότι μέχρι στιγμής βαρυτικά κύματα δεν είχαν ανιχνευθεί, έχει έμμεσα δειχθεί η ύπαρξη βαρυτικής ακτινοβολίας από τον εκφυλισμό τροχιών διπλών αστρικών συστημάτων (π.χ. το πάλσαρ PSR B1913+16 από τους Russell Alan Hulse και Joseph Hooton Taylor).