Η ανακάλυψη ανοίγει μια νέα εποχή στην αστρονομία

(Νταν Τρι) - Πριν από δέκα χρόνια, οι επιστήμονες άκουσαν τον ήχο του σύμπαντος για πρώτη φορά. Αυτή η ανακάλυψη απέδειξε μια σημαντική πρόβλεψη του Αϊνστάιν και άνοιξε μια νέα εποχή στην αστρονομία.

Αριστερά: Φυσικός Άλμπερτ Αϊνστάιν, δεξιά: κ. Καρλ Νοξ - Ειδικός Δημιουργικής Τεχνολογίας και Επιστημονικής Οπτικοποίησης, Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας Σουίνμπερν, Αυστραλία.

Αυτή ήταν η πρώτη ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων. Αποδείχθηκε μια βασική πρόβλεψη της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν. Τώρα, μια νέα ανακάλυψη βαρυτικών κυμάτων επαλήθευσε μια θεωρία του Στίβεν Χόκινγκ - ενός ακόμη «γίγαντα» στον τομέα της αστρονομίας.

Τι είναι τα βαρυτικά κύματα;

Τα βαρυτικά κύματα είναι «κυματισμοί» στον ιστό του χωροχρόνου που ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός. Δημιουργούνται από ογκώδη αντικείμενα που επιταχύνονται εξαιρετικά γρήγορα, όπως οι συγκρουόμενες μαύρες τρύπες ή η συγχώνευση ογκωδών αστρικών υπολειμμάτων που ονομάζονται άστρα νετρονίων.

Αυτές οι κυματισμοί που διαδίδονται στο σύμπαν παρατηρήθηκαν για πρώτη φορά άμεσα στις 14 Σεπτεμβρίου 2015, από δύο ανιχνευτές του Παρατηρητηρίου Βαρυτικών Κυμάτων με Συμβολόμετρο Λέιζερ (LIGO) στις ΗΠΑ.

Αυτό το πρώτο σήμα, που ονομάζεται GW150914, προήλθε από τη σύγκρουση δύο μαύρων τρυπών, η καθεμία με μάζα μεγαλύτερη από 30 φορές τη μάζα του Ήλιου και σε απόσταση μεγαλύτερη από ένα δισεκατομμύριο έτη φωτός από τη Γη.

Αυτή ήταν η πρώτη άμεση απόδειξη των βαρυτικών κυμάτων, όπως είχε προβλέψει η θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν 100 χρόνια νωρίτερα. Για αυτήν την ανακάλυψη, τρεις επιστήμονες, οι Ράινερ Βάις, Μπάρι Μπάρις και Κιπ Θορν, τιμήθηκαν με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής του 2017.

Η προσομοίωση δείχνει βαρυτικά κύματα που δημιουργούνται από δύο μαύρες τρύπες σε τροχιά η μία με την άλλη ( Βίντεο : MPI).

Εκατοντάδες σήματα σε λιγότερο από μια δεκαετία

Από το 2015, περισσότερα από 300 βαρυτικά κύματα έχουν παρατηρηθεί από το LIGO, μαζί με τους ιταλικούς ανιχνευτές Virgo και ιαπωνικούς ανιχνευτές KAGRA.

Μόλις πριν από λίγες εβδομάδες, η διεθνής συνεργασία LIGO/Virgo/KAGRA ανακοίνωσε τα τελευταία αποτελέσματα από την τέταρτη παρατήρησή της, υπερδιπλασιάζοντας τον αριθμό των γνωστών βαρυτικών κυμάτων.

Δέκα χρόνια μετά την πρώτη ανακάλυψη, μια διεθνής συνεργασία που περιλαμβάνει Αυστραλούς επιστήμονες από το Κέντρο Ανακάλυψης Βαρυτικών Κυμάτων (OzGrav) του Αυστραλιανού Συμβουλίου Έρευνας ανακοίνωσε πρόσφατα ένα νέο σήμα βαρυτικού κύματος, το GW250114.

Αυτό το σήμα είναι ένα σχεδόν τέλειο αντίγραφο του πρώτου σήματος βαρυτικού κύματος, με την κωδικοποίηση GW150914.

Παρατηρηθέν βαρυτικό κύμα GW250114 (LVK 2025). Τα δεδομένα παρατήρησης εμφανίζονται με ανοιχτό γκρι χρώμα. Η ομαλή μπλε καμπύλη αντιπροσωπεύει το θεωρητικό μοντέλο κυματομορφής με την καλύτερη προσαρμογή, το οποίο δείχνει εξαιρετική συμφωνία με το παρατηρούμενο σήμα.

Η σύγκρουση μαύρης τρύπας που παρήγαγε το GW250114 έχει πολύ παρόμοιες φυσικές ιδιότητες με το GW150914. Ωστόσο, χάρη στις σημαντικές αναβαθμίσεις στους ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων την τελευταία δεκαετία, το νέο σήμα ήταν ορατό πολύ πιο καθαρά (σχεδόν τέσσερις φορές ισχυρότερο από το GW150914).

Αυτό που είναι ενδιαφέρον είναι ότι μας επιτρέπει να δοκιμάσουμε τις ιδέες ενός άλλου πρωτοπόρου φυσικού. Αυτός είναι ο Στίβεν Χόκινγκ.

Ο Χόκινγκ είχε επίσης δίκιο.

Πριν από περισσότερα από 50 χρόνια, οι φυσικοί Στίβεν Χόκινγκ και Τζέικομπ Μπέκενσταϊν διατύπωσαν ένα σύνολο νόμων που περιγράφουν τις μαύρες τρύπες.

Ο δεύτερος νόμος του Hawking για τη μηχανική των μαύρων τρυπών, γνωστός και ως θεώρημα εμβαδού Hawking, δηλώνει ότι η επιφάνεια του ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας πρέπει πάντα να αυξάνεται. Με άλλα λόγια, οι μαύρες τρύπες δεν μπορούν να καταρρεύσουν.

Εν τω μεταξύ, ο Μπέκενσταϊν έδειξε ότι η περιοχή μιας μαύρης τρύπας σχετίζεται άμεσα με την εντροπία (ή αταξία) της. Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής μας λέει ότι η εντροπία πρέπει πάντα να αυξάνεται: το σύμπαν γίνεται πάντα πιο άτακτο. Δεδομένου ότι η εντροπία μιας μαύρης τρύπας πρέπει επίσης να αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου, αυτό μας λέει ότι η περιοχή της πρέπει επίσης να αυξάνεται.

Πώς μπορούμε να δοκιμάσουμε αυτές τις ιδέες; Αποδεικνύεται ότι οι συγκρούσεις μεταξύ μαύρων τρυπών είναι το τέλειο εργαλείο. Η ακρίβεια της νέας μέτρησης επιτρέπει στους επιστήμονες να εκτελέσουν την πιο ακριβή δοκιμή του θεωρήματος εμβαδού του Hawking μέχρι σήμερα.

Προηγούμενα πειράματα που χρησιμοποίησαν την πρώτη ανίχνευση, GW15091, υπέδειξαν ότι το σήμα ήταν σύμφωνο με τον νόμο του Hawking, αλλά δεν μπορούσαν να το επιβεβαιώσουν με βεβαιότητα.

Οι μαύρες τρύπες είναι εκπληκτικά απλά αντικείμενα. Η περιοχή του ορίζοντα μιας μαύρης τρύπας εξαρτάται από τη μάζα και την περιστροφή της, τις μόνες παραμέτρους που απαιτούνται για να περιγραφεί μια αστρονομική μαύρη τρύπα. Με τη σειρά τους, η μάζα και η περιστροφή καθορίζουν το σχήμα των βαρυτικών κυμάτων.

Μετρώντας ξεχωριστά τις μάζες και τα σπιν του εισερχόμενου ζεύγους μαύρων τρυπών και συγκρίνοντάς τα με τη μάζα και το σπιν της τελικής μαύρης τρύπας που απομένει μετά τη σύγκρουση, οι επιστήμονες μπόρεσαν να συγκρίνουν την περιοχή των δύο μεμονωμένων συγκρουόμενων μαύρων τρυπών με την περιοχή της τελικής μαύρης τρύπας.

Τα δεδομένα δείχνουν εξαιρετική συμφωνία με τη θεωρητική πρόβλεψη ότι η περιοχή θα πρέπει να αυξηθεί, υποστηρίζοντας σθεναρά τον νόμο του Hawking.

Οι μελλοντικές παρατηρήσεις των βαρυτικών κυμάτων θα μας επιτρέψουν να δοκιμάσουμε πιο εξωτικές επιστημονικές θεωρίες, και ίσως ακόμη και να διερευνήσουμε τη φύση των ελλειπουσών συστατικών του σύμπαντος, της σκοτεινής ύλης και της σκοτεινής ενέργειας.

Πηγή: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/phat-hien-mo-ra-ky-nguyen-moi-trong-thien-van-hoc-20250930235223429.htm