Της Μίκας Κοντορούση
H επιστημονική κοινότητα στα χνάρια του Αϊνστάιν. Από το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, στα βαρυτικά κύματα. Πόσο κοντά είμαστε στην κατανόηση του Σύμπαντος; Η Ελληνίδα αστροφυσικός που συμμετέχει στο πείραμα και αναμένεται να λάβει ένα από τα κορυφαία βραβεία διεθνώς, αναλύει στο NEWS 247 τη σημασία του ευρήματος και το πώς θα επηρεάσει την καθημερινότητά μας (Pics)
11/2/2016. Μία ιστορική ημέρα για την επιστημονική κοινότητα, μία ιστορική ημέρα για το “αύριο” των τεχνολογιών, την κατανόηση της καθημερινότητας, του σύμπαντος, αλλά και για το πώς συμπεριφέρονται οι Μαύρες Τρύπες. Μετά από 19 χρόνια συνεχών ερευνών, η επιστημονική κοινότητα ανακοίνωσε την ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων, των απειροελάχιστων ρυτιδώσεων στον ιστό του χωροχρόνου. “Αν ρωτούσατε πριν 100 χρόνια τον Αϊνστάιν πού θα χρησιμεύσει η Θεωρία της Σχετικότητας, ίσως να μην ήξερε τι να απαντήσει. Σήμερα όμως είμαστε σε θέση να γνωρίζουμε ότι ακόμη και τα GPS λειτουργούν, βασιζόμενα στη Θεωρία αυτή. Έτσι και η Κβαντική Επιστήμη ήρθε ένα βήμα πιο κοντά στην κατανόηση του Σύμπαντος. Σήμερα, το ακούσαμε. Κάτι σαν διαστημική μουσική”.
Η Ελληνίδα αστροφυσικός Βίκυ Καλογερά, καθηγήτρια του Πανεπιστημίου Northwestern του Σικάγο και κορυφαία επιστήμων της διασποράς ήταν η πρώτη αστροφυσικός που έγινε μέλος της ερευνητικής κοινοπραξίας LIGO το 2000. Έκτοτε έχει συμβάλει σημαντικά στην αναζήτηση και ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων, μέσα από θεωρητικές προβλέψεις και αναλύσεις. Η ίδια θεωρείται κορυφαία αστροφυσικός μεταξύ όλων των ερευνητών – μελών του πειράματος LIGO. Η κοινοπραξία (LIGO Scientific Collaboration) συστάθηκε το 1997 και περιλαμβάνει σήμερα πάνω από 1.000 φυσικούς και αστροφυσικούς από 83 πανεπιστήμια και ερευνητικά κέντρα 15 χωρών.
Το βράδυ της Πέμπτης, λίγο πριν το τέλος της ιστορικής συνέντευξης Τύπου στο Εθνικό Ίδρυμα Ερευνών της Ουάσινγκτον στις ΗΠΑ, η Βίκυ Καλογερά ξέκλεψε λίγο χρόνο και ανέλυσε στο NEWS 247 (με όσο πιο απλά ελληνικά και ελάχιστους επιστημονικούς όρους γίνεται) την σημαντικότητα της ανακάλυψης, αλλά και τις πιθανές συνέπειες του βαρυτικού φάσματος στην καθημερινή μας ζωή. Συνοδοιπόρος στο επιστημονικό ταξίδι και ο Ερωτόκριτος Κατσαβουνίδης (ΜΙΤ).
“Ανοίγουμε ένα καινούριο παράθυρο παρατηρήσεων στο Σύμπαν. Τα βαρυτικά κύματα μας δίνουν πληροφορίες που κανένα ηλεκτρομαγνητικό τηλεσκόπιο δεν μπορούσε να μας δώσει”, είπε.
Και συνέχισε με παραδείγματα: “Για να σάς δώσω να καταλάβετε, ό, τι ξέρουμε για τον κόσμο και το σύμπαν προκύπτει από τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Το μάτι μας είναι ευαίσθητο σε αυτά. Ακόμη και το φως που βλέπουμε. Τα ραδιοκύματα, οι ακτίνες Χ και οι ακτίνες Γ είναι διαφορετικά κομμάτια και πτυχές του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Τα βαρυτικά κύματα λοιπόν είναι ένα άλλο είδος κυμάτων “.
Εξηγώντας λίγο περισσότερο την δημιουργία των βαρυτικών κυμάτων, η ίδια επεσήμανε: “Η πηγή των βαρυτικών κυμάτων είναι μία σύγκρουση δύο τεράστιων Μαύρων Τρυπών, με μάζες περίπου 30 φορές μεγαλύτερη του Ήλιου και 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. Αυτά τα κύματα αποκαλύπτουν τις κινήσεις για τη δημιουργία Μαύρης Τρύπας”, συμπληρώνει. “Είναι η πρώτη φορά που ακούμε το Σύμπαν να μας μιλά, καθώς αυτά τα κύματα δημιουργούν εκτός από κίνηση, και ήχο”.
Πιο απλά: “Αυτό που παρατηρήσαμε με το LIGO ήταν δύο Μαύρες Τρύπες που ήρθαν πολύ κοντά, σε πολύ μεγάλες ταχύτητες. Αυτό δημιούργησε μία τρομακτική διαταραχή στην επιφάνεια τους και αυτή η διαταραχή ταξίδεψε με μεγάλη ταχύτητα μέχρι που έφτασε στους δικούς μας ανιχνευτές. Οι ανιχνευτές μας είναι πάνω στη Γη, στην Αμερική. Είναι κάτι σαν τηλεσκόπια, αλλά για βαρυτικά κύματα. Τα κύματα χτυπούσαν τον πλανήτη μας συνέχεια. Απλά για πρώτη φορά οι ανιχνευτές LIGO έπιασαν το σήμα. Όπως εάν σε μία λίμνη, πετάξεις μία πέτρα και βλέπεις κύματα να δημιουργούνται. Κάπως έτσι είναι και τα βαρυτικά”.
Τι επιπτώσεις αναμένεται όμως να έχει αυτή η σπουδαία ανακάλυψη στην καθημερινότητά μας; “Τα βαρυτικά κύματα υπάρχουν στην καθημερινότητά μας, στην ατμόσφαιρά μας. Ωστόσο, ενώ το κύμα κουβαλάει τρομακτική ενέργεια, δεν αλληλεπιδρά πολύ έντονα με μάζες και έτσι εμείς οι άνθρωποι δεν καταλαβαίνουμε ότι μάς διαπερνούν. Τα κύματα παράγονται από κοσμικές πηγές. Ακόμη και το ότι η Γη γυρίζει γύρω από τον Ήλιο, παράγει βαρυτικά κύματα. Αλλά είναι αμυδρά και σχεδόν μη μετρήσιμα. Συνεπώς και δεν αλληλεπιδρούν έντονα με εμάς, οπότε στην καθημερινή μας ζωή δεν έχουν καμία συνέπεια. Αν ήμασταν κοντά σε Μαύρες Τρύπες, ίσως να μάς είχαν συνθλίψει”.
Και καταλήγει: “Οι Κβαντικές γνώσεις θα έχουν πρακτικές συνέπειες 50-100 χρόνια μετά. Γι’ αυτό πρέπει να επενδύουμε στην κβαντική έρευνα. Μάς βοηθά να καταλάβουμε καλύτερα τον κόσμο και αποτελεί το εργαλείο για τις τεχνολογίες του επόμενου αιώνα”.
Να σημειωθεί ότι τo 2014 είχε γίνει μία ανάλογη ανακοίνωση από άλλη ερευνητική κοινοπραξία, αλλά αργότερα διαψεύστηκε. Η ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων αναμένεται να χαρίσει Νόμπελ Φυσικής στους επιστήμονες, 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”.
Η ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων 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.
Τι πρέπει να ξέρουμε για τα βαρυτικά κύματα;
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 Gabi Gonzales ερευνήτρια της ομάδας LiGO, τόνισε πως το πρώτο σήμα εντοπίστηκε στη Λουιζιάνα, ενώ μια ώρα αργότερα εντοπίστηκε ένα παρόμοιο σήμα, στη Ουάσινγκτον.
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.
Τα βαρυτικά κύματα έχουν παρατηρηθεί έμμεσα το1993, από τους Taylor και Hulse, ωστόσο είναι η πρώτη φορά που τα παρατηρούμε άμεσα, πρόκειται για την πρώτη φορά που παρατηρούνται κατευθείαν από την πηγή.
Στη σχετική ανακοίνωση του Εθνικού Ιδρύματος Ερευνών των ΗΠΑ, αναφέρεται πως τα βαρυτικά κύματα είναι ρυτιδώσεις στην ίδια την υφή του χωροχρόνου, είναι κυματισμοί που πηγάζουν από βίαια κοσμικά φαινόμενα και διαδίδονται στο Σύμπαν με την ταχύτητα του φωτός.
Ο Αινστάιν δικαιώθηκε 100 χρόνια μετά
Τα βαρυτικά κύματα είχαν προβλεφθεί από τη Γενική Θεωρία Σχετικότητας του Αϊνστάιν πριν από ένα αιώνα, αλλά ποτέ δεν είχαν παρατηρηθεί άμεσα, παρ’ ότι αναζητούνται εδώ και δεκαετίες. Μέχρι σήμερα, ψευδή σήματα και ανεπαρκή όργανα εμπόδιζαν την ανίχνευσή τους, καθώς τα μακρινά βαρυτικά κύματα έφταναν στη Γη σχετικά εξασθενημένα.
Αυτή τη φορά το σήμα που ανιχνεύθηκε, συμφωνεί απολύτως με τις θεωρητικές προβλέψεις του Αϊνστάιν.
Λίγα λόγια για την Βίκυ Καλογερά
Η Β. Καλογερά αποφοίτησε το 1992 από το Τμήμα Φυσικής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, πήρε το διδακτορικό της το 1997 από το Πανεπιστήμιο του Illinois και μετά έκανε μεταδιδακτορική έρευνα στο Κέντρο Αστροφυσικής του Harvard.
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.
Τον Απρίλιο του 2016, η ίδια πρόκειται να τιμηθεί με το Βραβείο “Χανς Μπέτε” της Αμερικανικής Φυσικής Εταιρείας. Πρόκειται για ένα από τα κορυφαία διεθνώς βραβεία στον τομέα της αστροφυσικής και της πυρηνικής φυσικής.
Η τιμητική διάκριση δίνεται στην κυρία Καλογερά για το ερευνητικό έργο της, που εστιάζεται στα άστρα-λευκούς νάνους, στους αστέρες νετρονίων και στις Μαύρες Τρύπες.
Η κα Καλογερά είχε την ευκαιρία να γνωρίσει το 1998 τον Χάνς Μπέτε, τον Γερμανό και αργότερα Αμερικανό πυρηνικό φυσικό, ο οποίος τιμήθηκε το 1967 με το Νόμπελ Φυσικής για το έργο του πάνω στην αστρική νουκλεοσύνθεση, ενώ είχε επίσης συμμετάσχει στη δημιουργία της ατομικής βόμβας και της βόμβας υδρογόνου.