Στις 11 Φεβρουαρίου 2016, επιστήμονες στο Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυμάτων Laser Interferometer (LIGO) ανακοίνωσαν την πρώτη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων. Αυτή η εξέλιξη, η οποία επιβεβαίωσε μια πρόβλεψη που έκανε η Θεωρία της Γενικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν πριν από έναν αιώνα, άνοιξε νέους δρόμους έρευνας για κοσμολόγους και αστροφυσικούς. Από τότε, έχουν γίνει περισσότερες ανιχνεύσεις, οι οποίες λέγεται ότι ήταν αποτέλεσμα συγχώνευσης μαύρων οπών.
Η τελευταία ανίχνευση πραγματοποιήθηκε στις 14 Αυγούστου 2017, όταν τρία παρατηρητήρια - το Advanced LIGO και το Advanced Virgo ανιχνευτές - εντόπισαν ταυτόχρονα τα βαρυτικά κύματα που δημιουργήθηκαν με τη συγχώνευση μαύρων οπών. Αυτή ήταν η πρώτη φορά που τα βαρυτικά κύματα εντοπίστηκαν από τρεις διαφορετικές εγκαταστάσεις από όλο τον κόσμο, οδηγώντας έτσι σε μια νέα εποχή παγκόσμιας δικτυωμένης έρευνας για αυτό το κοσμικό φαινόμενο.
Η μελέτη που περιγράφει λεπτομερώς αυτές τις παρατηρήσεις δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο διαδίκτυο από την LIGO Scientific Collaboration και την Virgo Collaboration. Με τίτλο "GW170814: Παρακολούθηση τριών ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων από μια συνένωση δυαδικής μαύρης τρύπας", αυτή η μελέτη έγινε επίσης αποδεκτή για δημοσίευση στο επιστημονικό περιοδικό Επιστολές φυσικής αναθεώρησης.
Το συμβάν, που ορίστηκε ως GW170814, παρατηρήθηκε στις 10:30:43 UTC (06:30:43 EDT; 03:30:43 PDT) στις 14 Αυγούστου 2017. Η εκδήλωση εντοπίστηκε από τους δύο LIGO του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών ανιχνευτές (που βρίσκονται στο Λίβινγκστον, τη Λουιζιάνα και το Χάνφορντ της Ουάσιγκτον) και τον ανιχνευτή Παρθένου που βρίσκεται κοντά στην Πίζα της Ιταλίας - ο οποίος συντηρείται από το Εθνικό Κέντρο Επιστημονικής Έρευνας (CNRS) και το Εθνικό Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής (INFN).
Αν και δεν είναι η πρώτη εμφάνιση βαρυτικών κυμάτων που εντοπίστηκαν, αυτή ήταν η πρώτη φορά που ένα γεγονός εντοπίστηκε από τρία παρατηρητήρια ταυτόχρονα. Όπως είπε η Γαλλία Córdova, διευθυντής του NSF σε πρόσφατο δελτίο τύπου LIGO:
«Λίγο περισσότερο από ενάμισι χρόνο πριν, η NSF ανακοίνωσε ότι το Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυμάτων της Ιντερφερόμετρου με λέιζερ είχε κάνει την πρώτη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων, η οποία προέκυψε από τη σύγκρουση δύο μαύρων οπών σε έναν γαλαξία, ένα δισεκατομμύριο έτη φωτός μακριά. Σήμερα, είμαστε στην ευχάριστη θέση να ανακοινώσουμε την πρώτη ανακάλυψη που έγινε σε συνεργασία μεταξύ του παρατηρητηρίου βαρυτικού κύματος της Παρθένου και της επιστημονικής συνεργασίας LIGO, την πρώτη φορά που παρατηρήθηκε ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων από αυτά τα παρατηρητήρια, που βρίσκονται χιλιάδες μίλια. Αυτό είναι ένα συναρπαστικό ορόσημο στην αυξανόμενη διεθνή επιστημονική προσπάθεια να ξεκλειδώσουμε τα εκπληκτικά μυστήρια του σύμπαντος μας. "
Με βάση τα κύματα που εντοπίστηκαν, η επιστημονική συνεργασία LIGO (LSC) και η Παρθένος κατάφεραν να καθορίσουν τον τύπο του συμβάντος, καθώς και τη μάζα των αντικειμένων που εμπλέκονται. Σύμφωνα με τη μελέτη τους, η εκδήλωση προκλήθηκε από τη συγχώνευση δύο μαύρων οπών - οι οποίες ήταν 31 και 25 Solar Masses, αντίστοιχα. Η εκδήλωση πραγματοποιήθηκε περίπου 1,8 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη και είχε ως αποτέλεσμα το σχηματισμό μιας περιστρεφόμενης μαύρης τρύπας με περίπου 53 ηλιακές μάζες.
Αυτό σημαίνει ότι περίπου τρεις ηλιακές μάζες μετατράπηκαν σε ενέργεια βαρυτικών κυμάτων κατά τη διάρκεια της συγχώνευσης, η οποία στη συνέχεια ανιχνεύτηκε από τους LIGO και Virgo. Αν και εντυπωσιακή από μόνη της, αυτή η τελευταία ανίχνευση είναι απλώς μια γεύση από το τι μπορούν να κάνουν οι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων όπως οι συνεργασίες LIGO και Virgo τώρα που έχουν εισέλθει στα προχωρημένα τους στάδια και σε συνεργασία μεταξύ τους.
Τόσο το Advanced LIGO όσο και το Advanced Virgo είναι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων δεύτερης γενιάς που έχουν αναλάβει από προηγούμενους. Οι εγκαταστάσεις LIGO, οι οποίες σχεδιάστηκαν, κατασκευάστηκαν και λειτουργούν από την Caltech και το MIT, συνέλεξαν ανεπιτυχώς δεδομένα μεταξύ του 2002 και του 2010. Ωστόσο, από τον Σεπτέμβριο του 2015, η Advanced LIGO μπήκε στο διαδίκτυο και άρχισε να διεξάγει δύο διαδρομές παρατήρησης - O1 και O2.
Εν τω μεταξύ, ο αρχικός ανιχνευτής Παρθένου πραγματοποίησε παρατηρήσεις μεταξύ 2003 και Οκτωβρίου 2011, για άλλη μια φορά χωρίς επιτυχία. Μέχρι τον Φεβρουάριο του 2017, ξεκίνησε η ενσωμάτωση του Advanced Virgo ανιχνευτή και τα όργανα έγιναν διαδικτυακά τον επόμενο Απρίλιο. Το 2007, η Virgo και η LIGO συνεργάστηκαν επίσης για να μοιραστούν και να αναλύσουν από κοινού τα δεδομένα που καταγράφηκαν από τους αντίστοιχους ανιχνευτές τους.
Τον Αύγουστο του 2017, ο ανιχνευτής Παρθένου εντάχθηκε στο O2 run και η πρώτη ταυτόχρονη ανίχνευση πραγματοποιήθηκε στις 14 Αυγούστου, με τη συλλογή δεδομένων και από τα τρία όργανα LIGO και Virgo. Όπως ανέφερε ο εκπρόσωπος της LSC David Shoemaker - ερευνητής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT) - αυτή η ανίχνευση είναι μόνο η πρώτη από πολλές αναμενόμενες εκδηλώσεις.
«Αυτή είναι μόνο η αρχή των παρατηρήσεων με το δίκτυο που ενεργοποιείται από την Virgo και τη LIGO να συνεργάζονται», είπε. «Με την επόμενη παρατήρηση που έχει προγραμματιστεί για το φθινόπωρο του 2018, μπορούμε να περιμένουμε τέτοιες ανιχνεύσεις εβδομαδιαία ή ακόμα πιο συχνά.»
Αυτό όχι μόνο σημαίνει ότι οι επιστήμονες έχουν καλύτερη εικόνα για την ανίχνευση μελλοντικών γεγονότων, αλλά θα μπορούν επίσης να τα εντοπίσουν με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια. Στην πραγματικότητα, η μετάβαση από ένα δίκτυο δύο σε τρεις ανιχνευτές αναμένεται να αυξήσει την πιθανότητα εντοπισμού της πηγής του GW170814 από ένα εργοστάσιο 20. Η περιοχή του ουρανού για το GW170814 είναι μόλις 60 τετραγωνικές μοίρες - περισσότερες από 10 φορές μικρότερες από με δεδομένα μόνο από τα ιντερφερόμετρα LIGO.
Επιπλέον, η ακρίβεια με την οποία μετράται η απόσταση από την πηγή επωφελήθηκε επίσης από αυτήν τη συνεργασία. Όπως εξήγησε η Laura Cadonati, καθηγήτρια της Georgia Tech και αναπληρωτής εκπρόσωπος της LSC:
«Αυτή η αυξημένη ακρίβεια θα επιτρέψει σε ολόκληρη την αστροφυσική κοινότητα να κάνει τελικά ακόμη πιο συναρπαστικές ανακαλύψεις, συμπεριλαμβανομένων των παρατηρήσεων πολλαπλών αγγελιοφόρων. Μια μικρότερη περιοχή αναζήτησης επιτρέπει την παρακολούθηση παρατηρήσεων με τηλεσκόπια και δορυφόρους για κοσμικά γεγονότα που παράγουν βαρυτικά κύματα και εκπομπές φωτός, όπως η σύγκρουση των αστεριών νετρονίων. "
Στο τέλος, η εισαγωγή περισσότερων ανιχνευτών στο δίκτυο βαρυτικών κυμάτων θα επιτρέψει επίσης πιο λεπτομερείς δοκιμές της θεωρίας του Einstein για τη Γενική Σχετικότητα. Ο David H. Reitze του Caltech, εκτελεστικός διευθυντής του εργαστηρίου LIGO, επαίνεσε επίσης τη νέα συνεργασία και τι θα επιτρέψει.
«Με αυτή την πρώτη κοινή ανίχνευση από τους ανιχνευτές Advanced LIGO και Virgo, έχουμε προχωρήσει ένα βήμα πιο πέρα στον κόσμο του βαρυτικού κύματος», είπε. «Η Παρθένος φέρνει μια ισχυρή νέα δυνατότητα εντοπισμού και εντοπισμού καλύτερων πηγών βαρυτικών κυμάτων, μιας που αναμφίβολα θα οδηγήσει σε συναρπαστικά και απρόβλεπτα αποτελέσματα στο μέλλον.»
Η μελέτη των βαρυτικών κυμάτων αποτελεί απόδειξη της αυξανόμενης ικανότητας των επιστημονικών ομάδων του κόσμου και της επιστήμης της ιντερφερομετρίας. Για δεκαετίες, η ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων ήταν απλώς μια θεωρία. και μέχρι τις αρχές του αιώνα, όλες οι προσπάθειες ανίχνευσής τους δεν είχαν αποφέρει τίποτα. Όμως τους τελευταίους δεκαοκτώ μήνες, έχουν γίνει πολλές ανιχνεύσεις και δεκάδες ακόμη αναμένονται τα επόμενα χρόνια.
Επιπλέον, χάρη στο νέο παγκόσμιο δίκτυο και τα βελτιωμένα εργαλεία και μεθόδους, αυτά τα γεγονότα είναι βέβαιο ότι θα μας πουν πολλά για το Σύμπαν και τη φυσική που το διέπουν.
