Αστροφυσική

Εάν ένα ζευγάρι μαύρων τρυπών προσέκρουε ποτέ στη Γη, κυριολεκτικά θα το ακούγαμε να πλησιάζει: όχι μέσω του ήχου, ο οποίος δεν μπορεί να διαδοθεί στο κενό του Διαστήματος, αλλά μέσω των βαρυτικών κυμάτων τα οποία, καθώς οι τρύπες θα πλησίαζαν, θα παραμόρφωναν τα οστά τού έσω ωτός μας κατά αντιληπτό τρόπο, προκαλώντας έναν οξύ ήχο όμοιο με αυτόν που ακούμε όταν φορτίζει το φλας μιας φωτογραφικής μηχανής. Υπό κανονικές συνθήκες, τα εν λόγω κύματα είναι εντελώς μη α-κουστά, αν και οι αστρονόμοι θεωρούν ότι «αντηχούν» συνεχώς μέσα στα σώματά μας. Εξασθενημένα από τις πελώριες κοσμικές αποστάσεις, τα κύματα που φτάνουν σε εμάς μεταβάλλουν τις διαστάσεις των οστών μας, καθώς και των άλλων αντικειμένων, κατά μήκη μικρότερα από το πλάτος ενός πρωτονίου.

Προκειμένου να τα «ακούσουμε», χρειαζόμαστε έναν υπερευαίσθητο «ανιχνευτή», όπως αυτόν του Παρατηρητηρίου Βαρυτικών Κυμάτων μέσω Συμβολομετρίας Λέιζερ (LIGO), του οποίου οι δίδυμες εγκαταστάσεις στις Πολιτείες τής Ουάσινγκτον και της Λουιζιάνας είναι περίτεχνοι ανιχνευτές που αναζητούν διακυμάνσεις στα μήκη των οργάνων προκαλούμενες από τα βαρυτικά κύματα. Υπάρχουν όμως και άλλοι τρόποι ανίχνευσης των εν λόγω κυμάτων. Σύμφωνα με μια νέα μελέτη, θεωρείται πιθανό ότι μία από τις νέες τεχνικές ενδέχεται να ελέγξει ακόμη και αν η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν είναι η τελική απάντηση στο πρόβλημα της βαρύτητας.

Η εν λόγω τεχνική αξιοποιεί τους πάλσαρ (παλλόμενες ραδιοπηγές) ―άστρα τα οποία εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητικούς παλ-μούς με την κανονικότητα ενός ατομικού ρολογιού. Εάν ένα βαρυτικό κύμα περάσει ανάμεσα από μας και έναν πάλσαρ, θα αυξήσει και θα μειώσει διαδοχικά το διάστημα μεταξύ των παλμών του ―επομένως, το «αναβόσβημα» θα φαίνεται να επιβραδύνεται και να επιταχύνεται αντίστοιχα. «Μπορούμε να μετράμε τη συχνότητα, γνωρίζουμε δε ότι ένα βαρυτικό κύμα θα μεταβάλει το χρόνο άφιξης των παλμών», αναφέρει ο αστροφυσικός Kejia Lee, του Κέντρου Αστρονομίας Βαρυτικών Κυμάτων στο Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Μπράουνσβιλ. Σε αντίθεση με τους παλιότερους τρόπους αξιοποίησης των πάλσαρ στη μελέτη τους, η τεχνική αυτή εστιάζει στην ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων μέσω των άμεσων αποτελεσμάτων τους.

Τα κύματα που προέρχονται από τη συγχώνευση μεγάλων μαύρων τρυπών ή από διαδικασίες του πρώιμου Σύμπαντος θα μπορούσαν να μεταβάλουν τη συχνότητα των παλμών κατά 1 μέρος στα 1.015 ―το οποίο αντιστοιχεί σε απόκλιση 1 μικροδευτερολέπτου (εκατομμυριοστού του δευτερολέπτου) ανά 10 χρόνια. Διακυμάνσεις που εμφανίζονταν συχνότερα από μία φορά κάθε μερικά χρόνια θα «βούλιαζαν» στο θόρυβο. Ο ανιχνευτής του προγράμματος LIGO αντιμετωπίζει ακριβώς το αντίθετο πρόβλημα: δεν μπορεί να «δει» βραδείες διακυμάνσεις ―εξαιτίας της σεισμικής δραστηριότητας. Επομένως οι δύο τεχνικές συμπληρώνουν επαρκώς η μία την άλλη.

Για να διακρίνουν τις πραγματικές διακυμάνσεις της συχνότητας από τις πλασματικές, οι αστρονόμοι συγκρίνουν δεκάδες πάλσαρ. Σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας, τα βαρυτικά κύματα ταλαντώνονται κάθετα στη διεύθυνση διάδοσής τους, εκτείνοντας τα αντικείμενα στη μία διεύθυνση και συμπιέζοντάς τα στην κάθετη διεύθυνση. Συνεπώς, τα βαρυτικά κύματα θα προκαλούσαν τη φαινομενική επιβράδυνση ενός πάλσαρ και ακολούθως τη φαινομενική επιτάχυνσή του. Τέτοιοι τρόποι «ταλάντωσης» δεν θα μπορούσαν να προκληθούν εξαιτίας του θορύβου.

Ο Lee και οι συνάδελφοί του Fredrick Jenet και Richard Price στο Τέξας έχουν πλέον επεκτείνει την τεχνική και σε θεωρίες της βαρύτητας διαφορετικές από αυτήν τού Αϊνστάιν. Τούτες οι θεωρίες προβλέπουν ότι τα αντικείμενα μπορούν εναλλάξ να διαστέλλονται και να συστέλλονται προς όλες τις κατευθύνσεις (σαν να αναπνέουν) ή κατά τη διεύθυνση διάδοσης του κύματος (τα αποκαλούμενα διαμήκη κύματα). Οι πάλσαρ παρέχουν τον μόνο εφικτό τρόπο να μελετήσουμε αυτούς τους ασυνήθιστους τρόπους ταλάντωσης, οι οποίοι σε μια κβαντική θεωρία της βαρύτητας θα συνιστούσαν διακριτούς τύπους σωματιδίων. «Ευτυχώς, υπάρχουν μερικοί οι οποίοι είναι πρόθυμοι να σκεφτούν τα βαρυτικά κύματα σε ένα πλαίσιο πέρα από αυτό της γενικής σχετικότητας», δηλώνει ένας άλλος ειδικός στους πάλσαρ, ο Andrea Lommen του Κολεγίου Franklin και Marshall (Πενσιλβάνια), και συνεχίζει επ’ αυτού: «Είναι πραγματικά σημαντικό να λάβουμε υπόψη μας και αυτή την προσέγγιση».

Παρ’ όλα αυτά, η ορθότητα της τεχνικής παραμένει επί του παρόντος αναπόδεικτη. Η ομάδα δεν έχει ακόμα υπολογίσει πόσο ισχυρές θα είναι οι εν λόγω ταλαντώσεις στις πιθανές εναλλακτικές εκδοχές της σχετικότητας ή πώς θα διαχωριζόταν ένας συνδυασμός των τρόπων ταλάντωσης. Από το 2004, το ραδιοτηλεσκόπιο Parkes στην Αυστραλία παρακολουθεί 20 πάλσαρ ανά 2 εβδομάδες και δεν έχει ακόμα ανιχνεύσει βαρυτικά κύματα. Αυτό δεν αποτελεί έκπληξη, καθότι τα 3 χρόνια είναι μια πολύ μικρή περίοδος. Στο πρόγραμμα LIGO δεν έχουν επίσης ανιχνευτεί βαρυτικά κύματα. Ας ελπίσουμε ότι δεν θα χρειαστεί μια άμεση σύγκρουση της Γης με μια μαύρη τρύπα για να ελέγξουμε αν ο Αϊνστάιν είχε δίκιο.

Επιστημονικά Νέα - Ιούλιος, 2007