[ad_1]
Η εντύπωση αυτού του καλλιτέχνη δείχνει ένα ζευγάρι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες να κυκλώνουν η μία την άλλη και να εκπέμπουν βαρυτικά κύματα, τα οποία επηρεάζουν τα φωτεινά, λαμπερά πάλσαρ. Απόκρυψη λεζάντας Aurore Simonet για το NANOGrav
εναλλαγή λεζάντας
Aurore Simonet για το NANOGrav
Η εντύπωση αυτού του καλλιτέχνη δείχνει ένα ζευγάρι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες να κυκλώνουν η μία την άλλη και να εκπέμπουν βαρυτικά κύματα, τα οποία επηρεάζουν τα φωτεινά, λαμπερά πάλσαρ.
Aurore Simonet για το NANOGrav
Οι επιστήμονες λένε ότι έχουν αρχίσει να βρίσκουν σημάδια ενός άπιαστου τύπου βουητού στο διάστημα που θα μπορούσε να δημιουργηθεί από τις μεγαλύτερες, χειρότερες μαύρες τρύπες στο σύμπαν.
Η ανακάλυψη σημαίνει ότι οι αστροφυσικοί μπορεί να έχουν ανοίξει ένα εντελώς νέο παράθυρο στις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Αυτά τα μυστηριώδη, εξαιρετικά πυκνά αντικείμενα, εκατομμύρια έως δισεκατομμύρια φορές πιο μαζικά από τον ήλιο, βρίσκονται στο κέντρο γαλαξιών σαν τον δικό μας.
Όταν δύο γαλαξίες συγχωνεύονται, οι τεράστιες μαύρες τρύπες στα κέντρα τους πιστεύεται ότι ενώνονται και κυκλώνουν η μια την άλλη σε έναν περιστρεφόμενο χορό που στέλνει γιγάντια κύματα να ξεπηδούν.
Αυτά τα κύματα είναι σαν τους κυματισμούς που κινούνται μέσα από μια λίμνη αν πετάξετε μέσα σε έναν βράχο — μόνο αυτά τα κύματα κινούνται μέσα από το ίδιο το ύφασμα του σύμπαντος και οι ερευνητές ήταν πρόθυμοι να τα μελετήσουν.
«Είμαστε σε μια αποστολή τα τελευταία δεκαπέντε χρόνια για να βρούμε ένα χαμηλό βουητό βαρυτικών κυμάτων που αντηχεί σε όλο το σύμπαν», λέει ο Stephen Taylor, αστροφυσικός του Πανεπιστημίου Vanderbilt που υπηρετεί ως πρόεδρος μιας ομάδας ερευνητών γνωστών ως Βορειοαμερικανικό Παρατηρητήριο Nanohertz για Βαρυτικά Κύματα (NANOGrav). «Είμαστε πολύ χαρούμενοι που ανακοινώνουμε ότι η σκληρή δουλειά μας απέδωσε καρπούς».
Άλλες ερευνητικές ομάδες που χρησιμοποιούν τηλεσκόπια στην Ευρώπη, την Αυστραλία, την Ινδία και την Κίνα λένε επίσης ότι αρχίζουν να βλέπουν υπαινιγμούς αυτών των κυμάτων.
Μια νέα κατηγορία διαστημικών κυματισμών
Μέχρι τώρα, οι επιστήμονες ήταν σε θέση να ανιχνεύσουν μόνο βαρυτικά κύματα που δημιουργούνται από πολύ μικρότερες μαύρες τρύπες. Οι πρώτες εμφανίστηκαν το 2015, όταν μια ερευνητική κοινοπραξία κατέγραψε τα κύματα που δημιουργήθηκαν από τη συγχώνευση δύο μαύρων τρυπών που η καθεμία ήταν περίπου 30 φορές μεγαλύτερη από τον ήλιο.
Αυτή η ανακάλυψη ορόσημο έδειξε ότι τα βαρυτικά κύματα υπήρχαν πραγματικά, εκπληρώνοντας μια πρόβλεψη του Άλμπερτ Αϊνστάιν το 1916 και δίνοντας στους ερευνητές έναν νέο τρόπο να μελετήσουν εξωτικά φαινόμενα όπως οι μαύρες τρύπες και τα αστέρια νετρονίων.
Η αρχική ανίχνευση αυτών των βαρυτικών κυμάτων βασίστηκε σε ένα ζευγάρι ειδικά κατασκευασμένων συσκευών, στη Λουιζιάνα και την Ουάσιγκτον, που έστειλαν λέιζερ κάτω από δύο «βραχίονες» ή σωλήνες μήκους 2,5 μιλίων. Όταν ένα βαρυτικό κύμα κύλησε και τέντωσε το διάστημα, αυτοί οι ανιχνευτές θα μπορούσαν να πιάσουν την απίστευτα μικρή αλλαγή στην απόσταση που διανύουν τα λέιζερ.
Αυτή η προσέγγιση λειτούργησε για να βρει βαρυτικά κύματα που εκτείνονται περίπου 2.000 μίλια σε μήκος, λέει ο Jeff Hazboun, αστροφυσικός στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Όρεγκον. Αλλά αυτό δεν θα λειτουργούσε για να βρούμε το είδος των βαρυτικών κυμάτων μεγάλου μήκους κύματος που δημιουργούνται από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες – το είδος του οποίου το μήκος κύματος είναι 4 έτη φωτός ή «20 εκατομμύρια εκατομμύρια μίλια», λέει ο Hazboun. Για να πιάσει μήκη κύματος τόσο μεγάλο, ένας ανιχνευτής θα έπρεπε να έχει «βραχίονες» που εκτείνονται όσο το μισό του γαλαξία.
Έτσι οι ερευνητές αποφάσισαν να μετατρέψουν τον ίδιο τον γαλαξία σε ένα είδος ανιχνευτή, εκμεταλλευόμενοι τις υπάρχουσες παραξενιές του.
«Μπορούμε να χακάρουμε τον γαλαξία», λέει ο Hazboun, μέλος της ομάδας NANOGrav, η οποία έχει σχεδόν 100 μέλη από τις ΗΠΑ, τον Καναδά και δώδεκα άλλες χώρες. «Αυτό είναι ένα από τα πιο συναρπαστικά πράγματα σε αυτό το έργο για μένα».
Η τεχνική του NANOGrav βασίζεται στην παρακολούθηση των πάλσαρ, τα οποία είναι οι εξαιρετικά πυκνοί, περιστρεφόμενοι πυρήνες των νεκρών αστεριών. Κάθε πάλσαρ είναι μικρό, περίπου στο μέγεθος μιας πόλης, αλλά περιστρέφεται εκατοντάδες φορές το δευτερόλεπτο, στέλνοντας ακτίνες ραδιοφωνικών εκπομπών που σαρώνουν τακτικά τον ουρανό.
«Κάθε φορά που η δέσμη τους διασχίζει τη γραμμή όρασής μας, βλέπουμε ένα σήμα παλμού», λέει το μέλος της συνεργασίας του NANOGrav Thankful Cromartie του Πανεπιστημίου Cornell. «Αυτοί οι παλμοί φτάνουν σε εκπληκτικά τακτικά διαστήματα».
Τα διαστήματα είναι τόσο τακτικά που οι επιστήμονες μπορούν να προβλέψουν πότε ακριβώς θα πρέπει να φτάσει ένας παλμός στη Γη. Στη συνέχεια, μπορούν να αναζητήσουν μικρές αποκλίσεις από την αναμενόμενη ώρα άφιξης.
«Και αν αυτός ο παλμός είναι λίγο αργά ή λίγο νωρίς, τότε μπορεί να μπορούμε να το αποδώσουμε σε ένα βαρυτικό κύμα που διέρχεται», λέει ο Hazboun, ο οποίος εξηγεί ότι ένα βαρυτικό κύμα θα τεντωθεί ή θα συμπιέσει τον χωροχρόνο, αλλάζοντας την απόσταση που πρέπει να διανύσει ένας παλμός για να φτάσει στη Γη.
Στην τελευταία τους ανάλυση, η οποία δημοσιεύεται σε μια σειρά εργασιών στο The Astrophysical Journal Letters, οι ερευνητές εξέτασαν δεδομένα από περίπου 70 πάλσαρ.
Αυτό που βρήκαν είναι ένα μοτίβο αποκλίσεων από τους αναμενόμενους χρόνους άφιξης της δέσμης πάλσαρ που υποδηλώνει ότι τα βαρυτικά κύματα κινούν τον χωροχρόνο σαν να πρόκειται για μια τεράστια μερίδα Jell-O.
«Είναι πραγματικά δύσκολο να αποδοθεί ότι τα κύματα έρχονται από τη μία ή την άλλη κατεύθυνση», λέει ο Hazboun.
Αντί να βλέπεις ένα κύμα να μπαίνει μέσα, σαν κάποιον που στέκεται σε μια παραλία, λέει, είναι περισσότερο σαν την εμπειρία του να κολυμπάς σε έναν ασταθή ωκεανό.
Οι ερευνητές δεν γνωρίζουν ακόμη τι δημιουργεί αυτά τα κύματα. Αυτό που βλέπουν είναι συνεπές με τις προβλέψεις για τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, αλλά θα μπορούσε να είναι κάτι ακόμα πιο ασυνήθιστο.
«Οι θεωρητικοί διασκέδασαν πραγματικά πολύ όταν βρήκαν μοντέλα που μπορούν να παράγουν πολύ παρόμοιους τύπους σημάτων βαρυτικών κυμάτων», λέει ο Luke Zoltan Kelley, θεωρητικός αστροφυσικός στο Northwestern University και στο NANOGrav.
Λέει ότι οι πιθανότητες κυμαίνονται από κοσμικές χορδές έως σκοτεινή ύλη έως αρχέγονες μαύρες τρύπες που σχηματίστηκαν αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
«Ήμασταν τυχεροί, γιατί όχι κι εκείνοι;»
Η νέα εργασία έπεισε την Gabriela González του State University της Λουιζιάνα, μέλος της επιστημονικής συνεργασίας του Παρατηρητηρίου Gravitational-Wave Wave (LIGO), η οποία πλέον ανιχνεύει τακτικά σήματα βαρυτικών κυμάτων από πολύ μικρότερης μάζας μαύρες τρύπες.
«Έχουν κάνει πολλές πολύ περίπλοκες αναλύσεις», λέει. “Όλοι επιβεβαιώνουν την ίδια παρατήρηση. Υπάρχουν βαρυτικά κύματα εδώ.”
Η φύση αυτού του είδους αποδεικτικών στοιχείων για τα βαρυτικά κύματα σημαίνει ότι η βεβαιότητα αυξάνεται καθώς συλλέγονται περισσότερα δεδομένα από πάλσαρ, λέει, προσθέτοντας ότι πριν από μερικά χρόνια, τα δεδομένα που δημοσίευσε αυτή η ομάδα φαινόταν να έχουν τάση προς αυτή την κατεύθυνση.
“Είχαν δει πολύ ισχυρά στοιχεία για κάποιο είδος βουητού στον γαλαξία. Δεν μπορούσαν να επιβεβαιώσουν ότι οφειλόταν σε βαρυτικά κύματα, αλλά υπήρχε κάτι εκεί”, λέει. «Έτσι το περιμέναμε εδώ και αρκετά χρόνια».
Και οι ερευνητές του NANOGrav εξετάζουν ήδη ένα σύνολο δεδομένων που περιλαμβάνει παρατηρήσεις δύο ακόμη ετών.
«Αναμένουμε ότι τα στοιχεία βαρυτικών κυμάτων που έχουμε δει σε αυτό το σύνολο δεδομένων 15 ετών θα είναι ακόμη πιο ισχυρά σε αυτό», λέει η Maura McLaughlin, αστροφυσικός NANOGrav στο Πανεπιστήμιο της Δυτικής Βιρτζίνια.
Η συνεργασία NANOGrav, η οποία χρηματοδοτείται σε μεγάλο βαθμό από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, σχεδιάζει επίσης να συγχωνεύσει τα ευρήματά της με παρόμοιες προσπάθειες ερευνητών στο εξωτερικό, ως μέρος μιας ομάδας που ονομάζεται International Pulsar Timing Array.
Αυτή η προσπάθεια θα πρέπει να ολοκληρωθεί τα επόμενα ή δύο χρόνια, λέει ο McLaughlin, και θα προσθέσει πληροφορίες για ακόμη περισσότερα πάλσαρ στο μείγμα.
Εκτός από την παροχή ισχυρότερων αποδεικτικών στοιχείων για το σήμα υποβάθρου των βαρυτικών κυμάτων, λέει, μπορεί ακόμη και να επιτρέψει στους ερευνητές να μηδενίσουν τη θέση μιας συγκεκριμένης πηγής, όπως ένα ζευγάρι κοντινών υπερμεγέθων μαύρων τρυπών.
Για να συμβεί αυτό, λέει ο González, “θα έπρεπε να είναι τυχεροί. Αν και εμείς ήμασταν τυχεροί, γιατί όχι και αυτοί;”
Οι επιστήμονες θα μπορούσαν στη συνέχεια να προσπαθήσουν να τα παρατηρήσουν με τηλεσκόπια για να μάθουν περισσότερα για αυτά, όπως έκαναν το 2017 όταν οι ανιχνευτές κατέγραψαν βαρυτικά κύματα από τη σύγκρουση δύο αστέρων νετρονίων. Αυτό επέτρεψε στους αστρονόμους να στρέψουν τα τηλεσκόπια τους προς αυτή την κατεύθυνση και να παρακολουθήσουν την αμυδρή λάμψη αυτού του γεγονότος που δεν είχε ξαναδεί.
[ad_2]
Source link
