Νέα ώθηση στην αναζήτηση βαρυτικών κυμάτων. Hunt for gravitational waves to resume after massive upgrade

Καθένας από τους ανιχνευτές αποτελείται από δύο κάθετες σήραγγες. Τα βαρυτικά κύματα θα προκαλούσαν ανεπαίσθητες μεταβολές στο μήκος τους, το οποίο φτάνει τα 4 χλμ. The LIGO Livingston Observatory in Louisiana sits in the middle of a pine forest. Credit: LIGO Scientific Collaboration/NSF

Σε νέα επίπεδα ακρίβειας και ευαισθησίας θα λειτουργεί από αυτήν την εβδομάδα το αμερικανικό LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), το μεγαλύτερο πείραμα για την ανίχνευση των λεγόμενων βαρυτικών κυμάτων, ρυτιδώσεων στο χωροχρόνο που προβλέφθηκαν από τον Αϊνστάιν αλλά παραμένουν άφαντες μέχρι σήμερα.

Η ολοκλήρωση της αναβάθμισης των δύο ανιχνευτών LIGO -ένας στην πολιτεία της Ουάσινγκτον και ένας ακόμα στη Λουιζιάνα- αναπτερώνει τώρα τις ελπίδες των φυσικών για την ανίχνευση του θεωρητικού φαινομένου, έπειτα από μια δεκαετία άκαρπης αναζήτησης με τους αρχικούς ανιχνευτές.

Η ύπαρξη των βαρυτικών κυμάτων είχε προβλεφθεί το 1916 από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν ως συνέπεια της Γενικής Σχετικότητας. Ο μεγάλος φυσικός είχε υπολογίσει ότι η επιτάχυνση σωμάτων μεγάλης μάζας, όπως μαύρες τρύπες και άστρα νετρονίων που οποία κινούνται σε τροχιά το ένα γύρω από το άλλο, δημιουργούν κυματισμούς στο χωροχρόνο που διαδίδονται με την ταχύτητα του φωτός.

Μεζούρες ακριβείας

Illustration: Nik Spencer/Nature

Τα βαρυτικά κύματα, εφόσον υπάρχουν, ουσιαστικά τεντώνουν το χώρο σε μια διάσταση (ας πούμε κατά μήκος) και τον συμπιέζουν σε μια άλλη (ας πούμε κατά πλάτος). Αυτό είναι το φαινόμενο που προσπαθούν να καταγράψουν οι ανιχνευτές LIGO. Καθένας από τους δύο ανιχνευτές αποτελείται από δύο σωλήνες τοποθετημένους κάθετα ο ένας στον άλλο, μέσα στους οποίους υπάρχουν δέσμες λέιζερ που μετρούν το μήκος των σωλήνων με εξαιρετικά μεγάλη ακρίβεια.

Τα βαρυτικά κύματα θα γίνονταν θεωρητικά αντιληπτά από μικρές μεταβολές στο μήκος των δύο σωλήνων, λόγω της παραμόρφωσης του χώρου. Οι σωλήνες έχουν μήκος 4 χιλιόμετρα, όμως η πειραματική διάταξη μπορεί να μετρά μεταβολές τουλάχιστον 1.000 φορές μικρότερες από τη διάμετρο ενός ατόμου.

Η αναβάθμιση των συστημάτων με ισχυρότερα λέιζερ και νέα οπτικά επιτρέπει θεωρητικά την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων από απόσταση περίπου 88 εκατομμυρίων ετών φωτός. Τελικός στόχος είναι η αύξηση αυτής της απόστασης στα 650 εκατομμύρια έτη φωτός -αυτό σημαίνει ότι οι ανιχνευτές θα μπορούν να σαρώνουν μια σφαίρα στο Διάστημα 1.000 φορές μεγαλύτερη από ό,τι η αρχική μορφή των συστημάτων.

Οι εργασίες αναβάθμισης, για τις οποίες χρειάστηκαν πέντε χρόνια και 200 εκατ. δολάρια, περιλάμβαναν μεταξύ άλλων τη βελτίωση των συστημάτων απόσβεσης κραδασμών -οι ανιχνευτές επηρεάζονται ακόμα και από τρένα που περνούν σε απόσταση χιλιομέτρων ή ακόμα και το γδούπο ενός δέντρου που πέφτει.

Στην Ευρώπη λειτουργούν στο μεταξύ οι ανιχνευτές GEO600 και Virgo, ενώ ανάλογο ερευνητικό πρόγραμμα, με την ονομασία Indigo, ανακοίνωσε και η Ινδία. Η ανίχνευση του ίδιου σήματος από ανιχνευτές σε διαφορετικές ηπείρους θα επέτρεπε στους ερευνητές να προσδιορίσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια την προέλευση των φευγαλέων κυμάτων.

Πηγή: www.nature.com