Πριν από δέκα χρόνια, η Ανθρωπότητα «άκουσε» για πρώτη φορά το Σύμπαν να τρέμει. Η ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων το 2015 αποτέλεσε μια ιστορική καμπή: επιβεβαίωσε μια θεμελιώδη πρόβλεψη της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Albert Einstein και άνοιξε τον δρόμο για μια νέα εποχή στην αστρονομία.
Σήμερα, μια νέα ανακάλυψη βαρυτικών κυμάτων έρχεται να σηματοδοτήσει την επέτειο εκείνης της μεγάλης ανατροπής. Δημοσιευμένη στο Physical Review Letters, η έρευνα όχι μόνο επαναφέρει στο προσκήνιο τις συγκρούσεις μαύρων τρυπών, αλλά επιβεβαιώνει και μια τολμηρή θεωρία ενός άλλου εμβληματικού φυσικού: του Stephen Hawking.
Τι είναι τα βαρυτικά κύματα;
Τα βαρυτικά κύματα περιγράφονται ως «ρυτιδώσεις» στον χωροχρόνο, που κινούνται με την ταχύτητα του φωτός. Δημιουργούνται από εξαιρετικά βίαιες και ενεργειακές κοσμικές διαδικασίες, όπως η σύγκρουση μαύρων τρυπών ή η συγχώνευση άστρων νετρονίων.
Η πρώτη άμεση παρατήρησή τους έγινε στις 14 Σεπτεμβρίου 2015 από τα δύο αμερικανικά παρατηρητήρια LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Το σήμα εκείνο, γνωστό ως GW150914, προήλθε από τη σύγκρουση δύο μαύρων τρυπών, καθεμιά με μάζα μεγαλύτερη από 30 Ήλιους, σε απόσταση μεγαλύτερη του ενός δισεκατομμυρίου ετών φωτός από τη Γη.
Η ανακάλυψη αποτέλεσε την πρώτη άμεση απόδειξη της ύπαρξης βαρυτικών κυμάτων, επιβεβαιώνοντας με καθυστέρηση ενός αιώνα τη θεωρία του Einstein. Το επίτευγμα αυτό τιμήθηκε το 2017 με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής στους Rainer Weiss, Barry Barish και Kip Thorne, οι οποίοι πρωτοστάτησαν στη συνεργασία LIGO.
Από την πρώτη ανίχνευση σε εκατοντάδες
Από το 2015 μέχρι σήμερα έχουν καταγραφεί περισσότερα από 300 σήματα βαρυτικών κυμάτων, χάρη στη συνεργασία LIGO, Virgo στην Ιταλία και KAGRA στην Ιαπωνία. Μόλις πριν λίγες εβδομάδες, η διεθνής κοινοπραξία ανακοίνωσε τα αποτελέσματα της τέταρτης περιόδου παρατηρήσεων, διπλασιάζοντας τον συνολικό αριθμό γνωστών σημάτων.
Και τώρα, δέκα χρόνια μετά την πρώτη ανίχνευση, οι επιστήμονες φέρνουν στο φως ένα νέο σήμα, το GW250114. Το αξιοσημείωτο είναι ότι μοιάζει σχεδόν «καρμπόν» με το GW150914. Η διαφορά; Τα βελτιωμένα ανιχνευτικά συστήματα αποτύπωσαν το νέο σήμα με σαφήνεια σχεδόν τετραπλάσια, καθιστώντας το το πιο «δυνατό» σήμα βαρυτικών κυμάτων που έχει καταγραφεί ποτέ.
Ο νόμος του Hawking περνάει το τεστ
Η εξέλιξη αυτή έδωσε την ευκαιρία στους επιστήμονες να δοκιμάσουν με ακρίβεια μια εμβληματική θεωρία του Stephen Hawking. Μαζί με τον Jacob Bekenstein, ο Hawking είχε διατυπώσει πριν από μισό αιώνα μια σειρά από νόμους που περιγράφουν τις μαύρες τρύπες.
Ο δεύτερος νόμος υποστηρίζει ότι η επιφάνεια του ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας δεν μπορεί ποτέ να μικρύνει. Με άλλα λόγια, οι μαύρες τρύπες δεν «συρρικνώνονται». Παράλληλα, ο Bekenstein είχε δείξει ότι η επιφάνεια μιας μαύρης τρύπας συνδέεται άμεσα με την εντροπία της, μια θεμελιώδη φυσική ποσότητα που σχετίζεται με την αταξία. Σύμφωνα με τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής, η εντροπία στο Σύμπαν πάντα αυξάνεται – και το ίδιο πρέπει να ισχύει και για τις μαύρες τρύπες.
Η πρόσφατη μέτρηση προσέφερε την πιο ακριβή δοκιμή αυτού του νόμου μέχρι σήμερα. Ενώ οι πρώτες μετρήσεις του 2015 υποστήριζαν την ορθότητά του, δεν επαρκούσαν για αδιάσειστη επιβεβαίωση. Τώρα, με τα νέα δεδομένα, οι επιστήμονες συνέκριναν τις μάζες και τις στροφές των δύο μαύρων τρυπών πριν από τη σύγκρουση με εκείνες της τελικής μαύρης τρύπας που σχηματίστηκε.
Το αποτέλεσμα έδειξε ότι η συνολική επιφάνεια του ορίζοντα γεγονότων αυξήθηκε, σε πλήρη συμφωνία με την πρόβλεψη του Hawking. Με αυτόν τον τρόπο, ο νόμος του πέρασε το πιο αυστηρό τεστ που έχει υποβληθεί ποτέ.
Ένας νέος δρόμος για τη Φυσική
Οι μαύρες τρύπες, παρά το μυστήριο που τις περιβάλλει, αποδεικνύονται τελικά απλά αντικείμενα: η συμπεριφορά τους καθορίζεται μόνο από δύο παραμέτρους, τη μάζα και την περιστροφή τους. Αυτές ακριβώς οι παράμετροι καθορίζουν και τη μορφή των βαρυτικών κυμάτων που εκπέμπουν.
Η νέα ανακάλυψη δεν αποτελεί απλώς έναν ακόμη σταθμό στη μελέτη των μαύρων τρυπών, αλλά και ένα επιβεβαιωτικό βήμα για τη θεωρητική φυσική. Επιβεβαιώνοντας τον Hawking, οι επιστήμονες ανοίγουν τον δρόμο για ακόμη πιο τολμηρές δοκιμές. Μελλοντικές παρατηρήσεις βαρυτικών κυμάτων ίσως επιτρέψουν τον έλεγχο εξωτικών θεωριών, αλλά και τη διερεύνηση θεμελιωδών μυστηρίων, όπως η φύση της Σκοτεινής Ύλης και της Σκοτεινής Ενέργειας.
[via]
