Ιστορική ανακάλυψη: Aνιχνεύτηκαν τα βαρυτικά κύματα του Αϊνστάιν!

Μπορεί να χρειάστηκε να περάσει ένας ολόκληρος αιώνας, ωστόσο, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν επιβεβαιώθηκε αφού Αμερικανοί επιστήμονες προχώρησαν σήμερα στην ιστορική ανακοίνωση ότι ανιχνεύτηκαν τα βαρυτικά κύματα που είχαν προβλεφθεί από τη Γενική Θεωρία Σχετικότητας πριν από 100 χρόνια!

Πρόκειται για μια από τις σημαντικότερες ανακαλύψεις της εποχής μας η οποία αναμένεται να αποτελέσει το καλύτερο «παράθυρο» για τη μελέτη του προέλευσης του Σύμπαντος, αφού τα βαρυτικά κύματα υπήρχαν πολύ πριν «γεννηθεί» το φως στον Κόσμο. 

Η ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων από επιστήμονες του Παρατηρητηρίου LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) στις ΗΠΑ 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 και νετρίνων.

Τι είναι τα βαρυτικά κύματα;

Τα βαρυτικά κύματα είναι «ρυτιδώσεις» στον ιστό του χωροχρόνου και πηγή τους 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.

Οι ανακοινώσεις για την ανακάλυψη

Μέχρι σήμερα, ψευδή σήματα και ανεπαρκή όργανα εμπόδιζαν την ανίχνευσή τους, καθώς τα μακρινά βαρυτικά κύματα φθάνουν στη Γη σχετικά εξασθενημένα. Αυτή τη φορά, όμως, το σήμα που ανιχνεύθηκε συμφωνεί απολύτως με τις θεωρητικές προβλέψεις του Αϊνστάιν. 

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.

Τι γνωρίζουμε για το LIGO που έκανε την ανακάλυψη

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.

Πηγή των βαρυτικών κυμάτων είναι η συγχώνευση δύο τεράστιων μαύρων τρυπών


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.

Τα βαρυτικά κύματα είναι ουσιαστικά «ρυτιδώσεις» στον ιστό του χωροχρόνου

Η Ελληνίδα αστροφυσικός που συνέβαλε καθοριστικά στην έρευνα

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.

Σε δηλώσεις της στο Αθηναϊκό και Μακεδονικό Πρακτορείο Ειδήσεων η κυρία  Καλογερά είπε πως με την ανακάλυψη αυτή «ανοίγουμε ένα καινούριο παράθυρο παρατηρήσεων στο Σύμπαν».

«Τα βαρυτικά κύματα μας δίνουν πληροφορίες για τις μαύρες τρύπες και όχι μόνο, που κανένα ηλεκτρομαγνητικό τηλεσκόπιο δεν μπορεί να μας δώσει», τόνισε η κυρία Καλογερά η οποία είναι μέλος του LIGO εδώ και 15 χρόνια και καθοδηγεί τις αστροφυσικές μελέτες για την ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων.

Η Βίκυ 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. 

Τα βαρυτικά κύματα είχαν προβλεφθεί από τη Γενική Θεωρία Σχετικότητας