Το 2015, το θρυλικό παρατηρητήριο βαρυτικών κυμάτων συμβολόμετρου λέιζερ (LIGO) πέτυχε την πρώτη απτή ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων. Τα κύματα ήταν το αποτέλεσμα της σύγκρουσης δύο μαύρων τρυπών μακριά στο σύμπαν. Από τότε, ένας πλούτος τέτοιων σημάτων έχει ανακαλυφθεί από τη συγχώνευση μαύρων οπών, άστρων νετρονίων, ακόμη και από μερικές μικτές συγχωνεύσεις μεταξύ των δύο.
Ωστόσο, παρά την επιτυχία του LIGO – το οποίο βασίζεται σε δύο τοποθεσίες στις ΗΠΑ και υποστηρίζεται από τον ανιχνευτή Virgo στην Ιταλία και τον ανιχνευτή βαρυτικών κυμάτων Kamioka (KAGRA) στην Ιαπωνία – οι αστρονόμοι κατάφεραν να επιβεβαιώσουν μόνο ένα από αυτά τα βαρυτικά κύματα -παραγωγή γεγονότων χρησιμοποιώντας την «παραδοσιακή αστρονομία που βασίζεται στο φως. Αυτό το γεγονός ήταν η συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων, που παρήγαγαν το σήμα βαρυτικού κύματος GW170817.
Τώρα μια ομάδα επιστημόνων στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα έχει αναπτύξει αναβαθμίσεις λογισμικού που μπορούν να βοηθήσουν τους αστρονόμους να ειδοποιήσουν τους αστρονόμους για συγχώνευση γεγονότων ήδη 30 δευτερόλεπτα μετά την επίθεση των βαρυτικών κυμάτων στη Γη. Αυτό το σύστημα έγκαιρης προειδοποίησης θα πρέπει να επιτρέπει την παρακολούθηση περισσότερων γεγονότων συγχώνευσης χρησιμοποιώντας την αστρονομία που βασίζεται στο φως.
Σχετίζεται με: Τα βαρυτικά κύματα αποκαλύπτουν την πρώτη συγχώνευση ενός αστέρα νετρονίων με ένα μυστηριώδες αντικείμενο
«Αυτό το λογισμικό μάς επιτρέπει να ανιχνεύσουμε το βαρυτικό κύμα από συγκρούσεις άστρων νετρονίων, οι οποίες είναι συνήθως πολύ αμυδρά για να δούμε, εκτός αν ξέρουμε ακριβώς πού να κοιτάξουμε», λέει ο Andrew Toivonen, μέλος της ομάδας και μεταπτυχιακός φοιτητής. ένας φοιτητής στη Σχολή Φυσικής και Αστρονομίας των Δίδυμων Πόλεων του Πανεπιστημίου της Μινεσότα είπε σε μια δήλωση. «Η αρχική ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων θα βοηθήσει στον εντοπισμό της σύγκρουσης και θα βοηθήσει τους αστρονόμους και τους αστροφυσικούς να ολοκληρώσουν περαιτέρω έρευνα».
Τι είναι τα βαρυτικά κύματα;
Τα βαρυτικά κύματα είναι μικροσκοπικοί κυματισμοί στον ιστό του χώρου και του χρόνου, και οι δύο συνδυάζονται σε μια ενιαία, τετραδιάστατη οντότητα που ονομάζεται «χωροχρόνος». Τέτοια κύματα προβλέφθηκαν για πρώτη φορά από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν το 1915 στη θεωρία του για τη βαρύτητα και τη γενική σχετικότητα.
Η Γενική Σχετικότητα προβλέπει ότι η βαρύτητα προκύπτει από αντικείμενα με μάζα που παραμορφώνει τον ίδιο τον ιστό του χωροχρόνου. Όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα, τόσο πιο ακραία είναι η καμπύλη. Αυτό εξηγεί γιατί τα αστέρια έχουν μεγαλύτερη βαρυτική επιρροή από τους πλανήτες.
Ο Αϊνστάιν θεώρησε επίσης ότι η επιτάχυνση των αντικειμένων οδηγεί σε κυματισμούς στο χωροχρόνο. Αυτά τα κύματα είναι ορατά μόνο όταν επιταχύνονται πραγματικά τεράστια αντικείμενα – αντικείμενα όπως αστέρια νετρονίων και μαύρες τρύπες, που στροβιλίζονται το ένα γύρω από το άλλο σε δυαδικά αστρικά συστήματα και εκπέμπουν βαρυτικά κύματα. Αυτή η συνεχής εκπομπή βαρυτικών κυμάτων, είπε ο Αϊνστάιν, θα παρέσυρε τη γωνιακή ορμή και θα προκαλούσε τη συστολή των υπερπυκνών αντικειμένων και τελικά τη συγχώνευση, με αποτέλεσμα μια σύγκρουση που θα εξέπεμπε μια υψηλού τόνου “κραυγή” βαρυτικών κυμάτων.
Ωστόσο, ο Αϊνστάιν πίστευε ότι ακόμη και τα βαρυτικά κύματα από αντικείμενα αρκετά σημαντικά για να τα παράγουν θα ήταν πολύ αδύναμα για να ανιχνευθούν ποτέ εδώ στη Γη.
Ευτυχώς έκανε λάθος.
Ωστόσο, η ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων δεν είναι ακόμα εύκολη υπόθεση. Σε τελική ανάλυση, τα αστέρια νετρονίων και τα δυαδικά στοιχεία της μαύρης τρύπας βρίσκονται εκατομμύρια (μερικές φορές ακόμη και δισεκατομμύρια) έτη φωτός μακριά, και τα βαρυτικά κύματα χάνουν ενέργεια καθώς ταξιδεύουν στον κόσμο.
Για να μπορέσει το LIGO να ανιχνεύσει τα βαρυτικά κύματα από αυτά τα γεγονότα, αυτό το γιγάντιο συμβολόμετρο λέιζερ αποτελείται από δύο βραχίονες σε σχήμα L, μήκους 4 χιλιομέτρων ο καθένας. Όταν είναι σε φάση, το φως λέιζερ λάμπει κάτω από κάθε ένα από αυτά τα χέρια. Αυτό σημαίνει ότι όταν οι δέσμες συγκρούονται, οι κορυφές και οι κοιλότητες των κυμάτων ευθυγραμμίζονται και το φως του λέιζερ ενισχύεται, το οποίο ονομάζεται «εποικοδομητική παρεμβολή».
Ωστόσο, εάν ένα κύμα βαρύτητας περάσει πάνω από ένα από αυτά τα λέιζερ και ο χώρος συμπιεστεί και τεντωθεί, το λέιζερ που διέρχεται από αυτό το τμήμα του διαστήματος θα έβγαινε εκτός φάσης, που σημαίνει ότι οι κοιλότητες θα συναντούσαν κορυφές και αντίστροφα, οδηγώντας σε «καταστροφική παρέμβαση». και επομένως καμία ενίσχυση.
Οι αλλαγές που δέχεται το LIGO για να «ακούει» βαρυτικά κύματα είναι 0,0001 φορές το πλάτος ενός πρωτονίου, σωματίδια που βρίσκονται στην καρδιά των ατομικών πυρήνων. Για να το θέσουμε με «κανονικούς» όρους αστρονομίας, αυτό ισοδυναμεί με τη μέτρηση της απόστασης από το πλησιέστερο αστέρι, το Proxima Centauri, το οποίο απέχει περίπου 4,2 έτη φωτός, με ποσοτική ακρίβεια ισοδύναμη με το πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας.
Τα LIGO, Virgo και KAGRA βρίσκονται επί του παρόντος στην τέταρτη επιχειρησιακή τους πορεία, η οποία ξεκίνησε στις 24 Μαΐου 2023 και έχει προγραμματιστεί να διαρκέσει έως τον Φεβρουάριο του 2025. Ανάμεσα σε καθεμία από τις προηγούμενες επιχειρησιακές διαδρομές, οι επιστήμονες της συνεργασίας LIGO/Virgo/KAGRA αναβάθμισαν το λογισμικό που χρησιμοποιείται για την ανίχνευση του σχήματος των σημάτων βαρυτικών κυμάτων, την παρακολούθηση του τρόπου εξέλιξης του σήματος και, στη συνέχεια, την εκτίμηση της μάζας των άστρων νετρονίων ή των μαύρων οπών. συγκρούονται για να παράγουν το σήμα. Αυτό το λογισμικό στέλνει επίσης μια ειδοποίηση σε άλλους επιστήμονες.
Χάρη σε προσομοιώσεις που δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας δεδομένα από περιόδους παρατήρησης ένα έως τρία καθώς και τεχνητά παραγόμενα σήματα βαρυτικών κυμάτων, η ομάδα γνωρίζει τώρα ότι μπορούν να γίνουν αναβαθμίσεις στο λογισμικό παρατήρησης που θα επιτρέψει την έκδοση ειδοποιήσεων εντός 30 δευτερολέπτων από την ανίχνευση ενός βαρυτικού κύματος κατά την παρατήρηση για να ενεργοποιηθεί. Τέτοιες αναβαθμίσεις θα επηρεάσουν την τέταρτη περίοδο παρατήρησης.
Αυτό θα βοηθήσει τους αστρονόμους να παρακολουθούν τις τοποθεσίες αυτών των γεγονότων στον ουρανό χρησιμοποιώντας την αστρονομία βασισμένη στο φως, κάτι που δεν μπορεί να κάνει επί του παρόντος κανένας ανιχνευτής βαρυτικών κυμάτων και να προσδιορίσει πώς εξελίσσονται οι συγκρούσεις μεταξύ των πιο εξωτικών και μυστηριωδών αντικειμένων στον κόσμο με την πάροδο του χρόνου.
Παρόμοιες αναρτήσεις:
— Οι συγκρουόμενες μαύρες τρύπες «κυκλώνουν» μέσω του χωροχρόνου με κύματα βαρυτικών κυμάτων
— Οι συγκρουόμενες μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να κρυφτούν υπό το φως υπερ-φωτεινών κβάζαρ
— Δύο υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που συγχωνεύονται ανακαλύφθηκαν το «κοσμικό μεσημέρι» στο πρώιμο σύμπαν
Αυτό είναι απίθανο να είναι το τέλος των αναβαθμίσεων στις προειδοποιήσεις ανίχνευσης βαρυτικών κυμάτων. Στο τέλος αυτής της τρέχουσας επιχειρησιακής πορείας, οι επιστήμονες της συνεργασίας LIGO/Virgo/KAGRA θα χρησιμοποιήσουν δεδομένα που συλλέχθηκαν από σχεδόν δύο χρόνια «ακρόασης» μιας παγκόσμιας συμφωνίας συγκρουόμενων μαύρων οπών και αστέρων νετρονίων για να βελτιώσουν περαιτέρω την ταχύτητα συναγερμού.
Τα αποτελέσματα της έρευνας της ομάδας δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS).