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 έναν αιώνα πριν, άνοιξε νέους δρόμους έρευνας για κοσμολόγους και αστροφυσικούς. Ήταν επίσης μια λεκάνη απορροής για ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Monash, οι οποίοι έπαιξαν σημαντικό ρόλο στην ανακάλυψη.
Και τώρα, λίγο περισσότερο από ένα χρόνο αργότερα, μια ομάδα ερευνητών από το Κέντρο Αστροφυσικής του Monash ανακοίνωσε μια άλλη πιθανή αποκάλυψη. Με βάση τις τρέχουσες μελέτες τους για τα κύματα βαρύτητας, η ομάδα πρότεινε πρόσφατα μια θεωρητική ιδέα γνωστή ως «ορφανή μνήμη». Εάν είναι αλήθεια, αυτή η ιδέα θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στον τρόπο που σκεφτόμαστε τα βαρυτικά κύματα και τον χωροχρόνο.
Ερευνητές από το Monash Center for Astrophysics είναι μέρος αυτού που είναι γνωστό ως LIGO Scientific Collaboration (LSC) - μια ομάδα επιστημόνων αφιερωμένη στην ανάπτυξη του υλικού και του λογισμικού που απαιτείται για τη μελέτη των βαρυτικών κυμάτων. Εκτός από τη δημιουργία ενός συστήματος για τον έλεγχο των ανιχνεύσεων, η ομάδα έπαιξε βασικό ρόλο στην ανάλυση δεδομένων - παρατηρώντας και ερμηνεύοντας τα δεδομένα που συγκεντρώθηκαν - και ήταν επίσης καθοριστικά για το σχεδιασμό των καθρεπτών LIGO.
Κοιτώντας πέρα από αυτό που παρατήρησε ο LIGO και άλλα πειράματα (όπως το Interferometer Virgo), η ερευνητική ομάδα προσπάθησε να αντιμετωπίσει πώς αυτές οι δυνατότητες ανιχνευτών θα μπορούσαν να επεκταθούν περαιτέρω βρίσκοντας τη «μνήμη» των βαρυτικών κυμάτων. Η μελέτη που περιγράφει αυτή τη θεωρία δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο Επιστολές φυσικής αναθεώρησης κάτω από τον τίτλο «Ανίχνευση μνήμης βαρυτικών κυμάτων χωρίς γονικά σήματα».
Σύμφωνα με τη νέα τους θεωρία, ο χωροχρόνος δεν επιστρέφει στην κανονική του κατάσταση αφού ένα κατακλυσμικό συμβάν δημιουργεί βαρυτικά κύματα που το κάνουν να απλώνεται. Αντίθετα, παραμένει τεντωμένο, το οποίο αναφέρονται ως «ορφανή μνήμη» - η λέξη «ορφανή» αναφέρεται στο γεγονός ότι το «γονικό κύμα» δεν είναι άμεσα ανιχνεύσιμο. Αν και αυτό το φαινόμενο δεν έχει ακόμη παρατηρηθεί, θα μπορούσε να ανοίξει μερικές πολύ ενδιαφέρουσες ευκαιρίες για έρευνα βαρυτικών κυμάτων.
Προς το παρόν, ανιχνευτές όπως το LIGO και το Virgo μπορούν να διακρίνουν την παρουσία βαρυτικών κυμάτων σε συγκεκριμένες συχνότητες. Ως εκ τούτου, οι ερευνητές μπορούν να μελετήσουν μόνο κύματα που δημιουργούνται από συγκεκριμένους τύπους γεγονότων και να τα εντοπίσουν πίσω στην πηγή τους. Όπως είπε η Lucy McNeill, ερευνητές από το Κέντρο Αστροφυσικής του Monash και επικεφαλής συγγραφέας στο έγγραφο, σε πρόσφατη δήλωση Τύπου του Πανεπιστημίου:
«Αν υπάρχουν εξωτικές πηγές βαρυτικών κυμάτων εκεί έξω, για παράδειγμα, από πολύ μικρές μαύρες τρύπες, το LIGO δεν θα τα άκουγε επειδή είναι πολύ υψηλής συχνότητας. Αλλά αυτή η μελέτη δείχνει ότι το LIGO μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον εντοπισμό του σύμπαντος για βαρυτικά κύματα που κάποτε θεωρούνταν αόρατα σε αυτό ».
Όπως δείχνουν στη μελέτη τους, οι εκρήξεις κύματος βαρύτητας υψηλής συχνότητας (δηλαδή αυτές που βρίσκονται εντός ή κάτω από το εύρος kilohertz) θα παρήγαγαν ορφανή μνήμη που θα μπορούσαν να πάρουν οι ανιχνευτές LIGO και Virgo. Αυτό δεν θα αυξήσει μόνο το εύρος ζώνης αυτών των ανιχνευτών εκθετικά, αλλά θα ανοίξει τη δυνατότητα εύρεσης ενδείξεων εκρήξεων κύματος βαρύτητας σε προηγούμενες αναζητήσεις που δεν έγιναν απαρατήρητες.
Ο Δρ Eric Thrane, λέκτορας στη Σχολή Φυσικής και Αστρονομίας Monash και άλλο μέλος της ομάδας LSC, ήταν επίσης ένας από τους συν-συγγραφείς της νέας μελέτης. Όπως δήλωσε, «Αυτά τα κύματα θα μπορούσαν να ανοίξουν τον δρόμο για τη μελέτη της φυσικής που δεν είναι προσβάσιμη σήμερα από την τεχνολογία μας».
Αλλά όπως παραδέχονται στη μελέτη τους, τέτοιες πηγές μπορεί να μην υπάρχουν ακόμη και απαιτείται περισσότερη έρευνα για να επιβεβαιωθεί ότι η «ορφανή μνήμη» είναι στην πραγματικότητα πραγματική. Ωστόσο, υποστηρίζουν ότι η αναζήτηση πηγών υψηλής συχνότητας είναι ένας χρήσιμος τρόπος για τη διερεύνηση της νέας φυσικής και μπορεί απλώς να αποκαλύψει πράγματα που δεν περιμέναμε να βρούμε.
«Είναι επιθυμητή μια ειδική αναζήτηση μνήμης βαρυτικών κυμάτων. Θα έχει αυξημένη ευαισθησία σε σύγκριση με τις τρέχουσες αναζητήσεις ριπής », δηλώνουν. "Επιπλέον, μια ειδική αναζήτηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προσδιοριστεί εάν ένας υποψήφιος ανίχνευσης είναι συνεπής με μια ριπή μνήμης ελέγχοντας για να δει αν τα υπολείμματα (μετά την αφαίρεση σήματος) είναι συνεπή με τον θόρυβο Gauss."
Δυστυχώς, τέτοιες αναζητήσεις ενδέχεται να πρέπει να περιμένουν τους προτεινόμενους διαδόχους του πειράματος Advanced LIGO. Αυτά περιλαμβάνουν το Τηλεσκόπιο Einstein και τον Cosmic Explorer, δύο προτεινόμενους ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων τρίτης γενιάς. Ανάλογα με το τι βρίσκουν οι μελλοντικές έρευνες, μπορεί να ανακαλύψουμε ότι ο χωροχρόνος όχι μόνο εκτείνεται από τη δημιουργία βαρυτικών κυμάτων, αλλά φέρει και τα "ραγάδες" για να το αποδείξει!
