Ένας ανιχνευτής βαρυτικών κυμάτων στην Ιταλία. European gravitational wave detector falters

Virgo stretches its 3-kilometer arms across the Tuscan plain near Pisa, Italy. Credit: Virgo Collaboration/N. Baldocchi

Με τα επίσημα εγκαίνια της εγκατάστασης, που πραγματοποιήθηκαν προχθές, ξεκίνησε τουλάχιστον τυπικά η νέα φάση λειτουργίας του ανιχνευτή βαρυτικών κυμάτων Advanced Virgo στην Ιταλία.

Εγκατεστημένη κοντά στην Πίζα, η πειραματική διάταξη έρχεται να προστεθεί στους δύο ανάλογους ανιχνευτές που υπάρχουν στις ΗΠΑ, στη Λουιζιάνα και την Ουάσιγκτον, και επομένως να βοηθήσει τους επιστήμονες να αξιοποιήσουν τα βαρυτικά κύματα για να ρίξουν φως σε συμπαντικά φαινόμενα όπως οι εκρήξεις υπερκαινοφανών ή οι συγκρούσεις μελανών οπών.

Οι δύο ανιχνευτές στις ΗΠΑ, οι οποίοι συμμετέχουν στο πείραμα Advanced LIGO, έγραψαν ιστορία τον Σεπτέμβριο του 2015, επαληθεύοντας πειραματικά την ύπαρξη των βαρυτικών κυμάτων, 100 χρόνια αφότου ο Άλμπερτ Αϊνστάιν είχε υποστηρίξει πως η κίνηση των υλικών σωμάτων μέσα στο χωροχρονικό συνεχές προκαλεί παραμορφώσεις (κύματα), τα οποία διαδίδονται με την ταχύτητα του φωτός.

Πέρα από τη σημασία που έχει η επιβεβαίωση του Αϊνστάιν, η ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων άνοιξε τον δρόμο για έναν εντελώς καινούριο τρόπο μελέτης του σύμπαντος. Κι αυτό γιατί δίνει τη δυνατότητα στους επιστήμονες να μελετήσουν διάφορα κοσμικά φαινόμενα αναλύοντας και τα βαρυτικά κύματα που αυτά εκπέμπουν.

Σε αυτό το πλαίσιο, το Advanced Virgo θα αυξήσει την αξιοπιστία των ανιχνεύσεων των πειραματικών διατάξεων του Advanced LIGO. Έτσι, αν ένα σήμα καταγραφεί στον ανιχνευτή στην Ιταλία, παράλληλα με τα δύο «τηλεσκόπια» στις ΗΠΑ, οι επιστήμονες θα είναι ακόμη πιο βέβαιοι πως πρόκειται όντως για βαρυτικό κύμα, και όχι για κάποιο πειραματικό σφάλμα.

Με αυτό τον τρόπο, θα βελτιωθεί επίσης η δυνατότητα καταγραφής αδύναμων σημάτων, που προέρχονται από μακρινές πηγές. Μιλώντας στο περιοδικό Nature, o θεωρητικός φυσικός Δρ Σατιαπρακάς, από το πολιτειακό πανεπιστήμιο της Πενσιλβάνια, εκτιμά πως οι ανιχνεύσεις θα αυξηθούν κατά 12%.

Παράλληλα, η διάταξη στην Ιταλία θα βοηθήσει στον καλύτερο εντοπισμό των πηγών των βαρυτικών κυμάτων, προσδιορίζοντας με τουλάχιστον 5 φορές μεγαλύτερη ακρίβεια την περιοχή στην οποία αυτές βρίσκονται. Έτσι, οι αστρονόμοι θα γνωρίζουν με μεγαλύτερη ακρίβεια πού θα πρέπει να αναζητήσουν την ακτινοβολία που πιθανώς εξέπεμψε το ίδιο φαινόμενο που προκάλεσε τις βαρυτικές διαταραχές, για να το μελετήσουν διεξοδικότερα.

Η πρώτη φάση λειτουργίας του Virgo ξεκίνησε το 2007, αρχικά ως γαλλοϊταλικό πρότζεκτ, στο οποίο στη συνέχεια προστέθηκαν η Ολλανδία, η Ουγγαρία και η Πολωνία. Τον Σεπτέμβριο του 2015, όταν οι δύο διατάξεις του Advanced LIGO ανίχνευσαν για πρώτη φορά ένα βαρυτικό κύμα, η διάταξη ήταν εκτός λειτουργίας, καθώς αναβαθμιζόταν.

Glass fibers used to suspend 40-kilogram mirrors have shattered. Credit: Virgo Collaboration

Το «τηλεσκόπιο» λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο όπως οι δύο ανιχνευτές στις ΗΠΑ, δηλαδή αποτελείται από δύο σήραγγες οι οποίες είναι κάθετες μεταξύ τους. Στην κοινή τους βάση, μία συσκευή διαιρεί μία δέσμη λέιζερ, στέλλοντας από μία σε κάθε σήραγγα.

Κάθε δέσμη θα διατρέχει τη σήραγγα, θα ανακλάται στο άκρο από ένα κάτοπτρο, και θα επιστρέφει. Αν οι δέσμες ταξιδέψουν ίσες αποστάσεις, τότε θα γυρίσουν ταυτόχρονα πίσω στη βάση. Αν όμως περάσει από τη διάταξη κάποιο βαρυτικό κύμα, τότε αυτό θα αλλοιώσει τις αποστάσεις που διανύουν οι δέσμες – μία αλλαγή που μπορούν να ανιχνεύσουν οι επιστήμονες.

Τη στιγμή όμως που στα δύο τηλεσκόπια στις ΗΠΑ οι σήραγγες έχουν μήκος 4 χιλιόμετρα, στο Advanced LIGO είναι μικρότερες, αγγίζοντας τα 3 χιλιόμετρα. Έτσι, εκτιμάται πως θα έχει 50% μικρότερη ευαισθησία.

Μάλιστα, ένα κατασκευαστικό πρόβλημα κατά την αναβάθμιση θα περιορίσει σε πρώτη φάση ακόμη περισσότερο την ευαισθησία του «τηλεσκοπίου». Έτσι, μέχρι να διορθωθεί, θα έχει περίπου 75% μικρότερη ευαισθησία από τα δύο αμερικανικά «τηλεσκόπια».

Πηγές: naftemporiki.gr – www.sciencemag.org