Αστρονομία: Τα βαρυτικά κύματα μεταβάλλουν μόνιμα την φύση του χωρόχρονου;

Στις 11 Φεβρουαρίου 2016, οι επιστήμονες στο LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) ανακοίνωσαν την πρώτη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων. Η εξέλιξη αυτή, η οποία επιβεβαίωσε μια πρόβλεψη της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας του Einstein πριν από ένα αιώνα, άνοιξε νέες λεωφόρους έρευνας για κοσμολόγους και αστροφυσικούς. Ήταν επίσης και ένα ορόσημο για τους ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Monash, που έπαιξαν σημαντικό ρόλο στην ανακάλυψη.

Τώρα, λίγο περισσότερο από ένα χρόνο, μια ομάδα ερευνητών από το Κέντρο Αστροφυσικής του Πανεπιστημίου Monash, ανακοίνωσαν άλλη μια δυνητική αποκάλυψη. Βασιζόμενη στις συνεχιζόμενες μελέτες της για τα βαρυτικά κύματα, η ομάδα πρόσφατα πρότεινε μια θεωρητική ιδέα γνωστή ως «ορφανή μνήμη». Η επαλήθευση της ιδέας αυτής θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στον τρόπο που σκεφτόμαστε σχετικά με τα βαρυτικά κύματα και το χωρόχρονο.

Οι ερευνητές από το Κέντρο Αστροφυσικής του Monash είναι μέρος αυτού που είναι γνωστό ως Επιστημονική Συνεργασία LIGO (LSC) – μια ομάδα επιστημόνων που εργάζεται για την ανάπτυξη του hardware και software που χρειάζονται για τη μελέτη των βαρυτικών κυμάτων. Πέρα από τη δημιουργία συστήματος για την αξιολόγηση των ευρημάτων, η ομάδα έπαιξε βασικό ρόλο στην ανάλυση των δεδομένων – παρατήρηση και μετάφραση των δεδομένων που συλλέχθηκαν – που είναι ουσιαστικής σημασίας για το σχεδιασμό των κατόπτρων του LIGO.

Κοιτώντας πέρα από αυτό που το LIGO και άλλα πειράματα (όπως το Virgo Interferometer) παρατήρησαν, η ερευνητική ομάδα προσπάθησε να διερευνήσει πώς αυτές οι δυνατότητες των ανιχνευτών να επεκταθούν περαιτέρω βρίσκοντας τη «μνήμη» των βαρυτικών κυμάτων. Η μελέτη που περιγράφει τη θεωρία αυτή δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο Physical Review Letters με τον τίτλο «Detecting Gravitational Wave Memory without Parent Signals».

Σύμφωνα με τη νέα θεωρία τους, ο χωρόχρονος δεν επιστρέφει στην κανονική του κατάσταση, μετά αφότου ένα κατακλυσμιαίο γεγονός δημιουργεί βαρυτικά κύματα που προκαλούν το τέντωμά του. Αντί αυτού, παραμένει τεντωμένος, κάτι που αναφέρεται ως «ορφανή μνήμη» – η λέξη «ορφανή» αναφέρεται στο γεγονός ότι το «κύμα-γεννήτορας» δεν είναι άμεσα ανιχνεύσιμο. Ενώ το φαινόμενο αυτό δεν παρατηρήθηκε ακόμη, θα μπορούσε να ανοίξει μερικές πολύ ενδιαφέρουσες ευκαιρίες για την έρευνα στα βαρυτικά κύματα.

Προς το παρόν, ανιχνευτές όπως ο LIGO και Virgo μπορούν να διακρίνουν μόνο την παρουσία των βαρυτικών κυμάτων σε ορισμένες συχνότητες. Ως εκ τούτου, οι ερευνητές είναι ικανοί να μελετούν κύματα που δημιουργούνται από ειδικούς τύπους γεγονότων και να οδηγούνται πίσω στις πηγές τους. «Αν υπάρχουν εξωτικές πηγές βαρυτικών κυμάτων εκεί έξω, για παράδειγμα, από μικρό-μελανές οπές, το LIGO δεν θα τις ακούει επειδή πολύ υψηλής συχνότητας. Όμως αυτή η μελέτη δείχνει ότι το LIGO μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ανιχνεύσει το σύμπαν για βαρυτικά κύματα που θεωρούνται αόρατα», δηλώνει η επικεφαλής της μελέτης Lucy McNeill, ερευνητής στο Κέντρο Αστροφυσικής του Monash.

Όπως δείχνεται στη μελέτη, εκρήξεις βαρυτικών κυμάτων υψηλής συχνότητας (τέτοια είναι στην ή κάτω από την περιοχή των kilohertz) θα μπορούσαν να παραγάγουν ορφανή μνήμη που οι ανιχνευτές LIGO και Virgo θα μπορούσαν να συλλάβουν. Αυτό δεν θα αύξανε μόνο το εύρος αυτών των ανιχνευτών εκθετικά, αλλά θα διεύρυνε την δυνατότητα να βρεθούν στοιχεία εκρήξεων βαρυτικού κύματος που πέρασαν απαρατήρητα σε προηγούμενες έρευνες.

Πηγή: Universe Today

Περισσότερα στη μελέτη: Detecting Gravitational Wave Memory without Parent Signals. Physical Review Letters 118