Τον Φεβρουάριο του 2016, οι επιστήμονες που εργάζονταν στο Παρατηρητήριο Βαρύτητας-Κύματος Laser Interferometer (LIGO) έγραψαν ιστορία όταν ανακοίνωσαν την πρώτη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων. Από τότε, η μελέτη των βαρυτικών κυμάτων έχει προχωρήσει σημαντικά και άνοιξε νέες δυνατότητες στη μελέτη του Σύμπαντος και των νόμων που το διέπουν.
Για παράδειγμα, μια ομάδα από το Πανεπιστήμιο του Frankurt am Main έδειξε πρόσφατα πώς τα βαρυτικά κύματα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να προσδιορίσουν πώς μπορούν να πάρουν τα τεράστια αστέρια νετρονίων πριν καταρρεύσουν σε μαύρες τρύπες. Αυτό παρέμεινε ένα μυστήριο από τότε που τα αστέρια νετρονίων ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά στη δεκαετία του 1960. Και με ένα ανώτατο όριο μάζας που έχει πλέον καθοριστεί, οι επιστήμονες θα είναι σε θέση να αναπτύξουν μια καλύτερη κατανόηση του πώς συμπεριφέρεται η ύλη υπό ακραίες συνθήκες.
Η μελέτη που περιγράφει τα ευρήματά τους εμφανίστηκε πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό Η Αστροφυσική Εφημερίδα Γράμματα κάτω από τον τίτλο «Χρησιμοποιώντας παρατηρήσεις βαρυτικών κυμάτων και σχεδόν καθολικές σχέσεις για τον περιορισμό της μέγιστης μάζας των αστεριών νετρονίων». Η μελέτη διευθύνθηκε από τον Luciano Rezzolla, πρόεδρο της Θεωρητικής Αστροφυσικής και τον Διευθυντή του Ινστιτούτου Θεωρητικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Φρανκφούρτης, με τη βοήθεια των μαθητών του, Elias Most και Lukas Wei.
Για χάρη της μελέτης τους, η ομάδα εξέτασε πρόσφατες παρατηρήσεις σχετικά με το βαρυτικό κύμα που είναι γνωστό ως GW170817. Αυτό το γεγονός, που πραγματοποιήθηκε στις 17 Αυγούστου 2017, ήταν το έκτο κύμα βαρύτητας που ανακαλύφθηκε από το Παρατηρητήριο βαρυτικών κυμάτων Laser Interferometer (LIGO) και το Παρατηρητήριο Παρθένου. Σε αντίθεση με προηγούμενα γεγονότα, αυτό ήταν μοναδικό στο ότι φαίνεται να προκαλείται από τη σύγκρουση και την έκρηξη δύο αστεριών νετρονίων.
Και ενώ άλλα γεγονότα συνέβησαν σε αποστάσεις περίπου ενός δισεκατομμυρίου ετών φωτός, το GW170817 έλαβε χώρα μόνο 130 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, το οποίο επέτρεψε την ταχεία ανίχνευση και έρευνα. Επιπλέον, με βάση τη μοντελοποίηση που πραγματοποιήθηκε μήνες μετά το συμβάν (και χρησιμοποιώντας δεδομένα που ελήφθησαν από το Παρατηρητήριο Ακτίνων Χ Chandra), η σύγκρουση φάνηκε να άφησε πίσω του μια μαύρη τρύπα ως απομεινάρια.
Η ομάδα υιοθέτησε επίσης μια προσέγγιση «καθολικών σχέσεων» για τη μελέτη τους, η οποία αναπτύχθηκε από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Φρανκφούρτης πριν από μερικά χρόνια. Αυτή η προσέγγιση υπονοεί ότι όλα τα αστέρια νετρονίων έχουν παρόμοιες ιδιότητες που μπορούν να εκφραστούν σε όρους χωρίς διαστάσεις. Σε συνδυασμό με τα δεδομένα GW, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η μέγιστη μάζα των μη περιστρεφόμενων αστεριών νετρονίων δεν μπορεί να υπερβαίνει τις 2.16 ηλιακές μάζες.
Όπως εξήγησε ο καθηγητής Rezzolla σε δελτίο τύπου του Πανεπιστημίου της Φρανκφούρτης:
«Η ομορφιά της θεωρητικής έρευνας είναι ότι μπορεί να κάνει προβλέψεις. Η θεωρία, ωστόσο, χρειάζεται απεγνωσμένα πειράματα για να περιορίσει μερικές από τις αβεβαιότητες της. Είναι επομένως αξιοσημείωτο ότι η παρατήρηση μιας ενιαίας συγχώνευσης δυαδικών αστεριών νετρονίων που πραγματοποιήθηκε εκατομμύρια έτη φωτός σε συνδυασμό με τις καθολικές σχέσεις που ανακαλύφθηκαν μέσω της θεωρητικής μας εργασίας μας επέτρεψε να λύσουμε ένα αίνιγμα που έχει δει τόσες πολλές εικασίες στο παρελθόν. "
Αυτή η μελέτη είναι ένα καλό παράδειγμα για το πώς η θεωρητική και πειραματική έρευνα μπορεί να συμπέσει με την παραγωγή καλύτερων μοντέλων και προβλέψεων διαφημίσεων. Λίγες μέρες μετά τη δημοσίευση της μελέτης τους, ερευνητικές ομάδες από τις ΗΠΑ και την Ιαπωνία επιβεβαίωσαν ανεξάρτητα τα ευρήματα. Εξίσου σημαντικά, αυτές οι ερευνητικές ομάδες επιβεβαίωσαν τα ευρήματα των μελετών χρησιμοποιώντας διαφορετικές προσεγγίσεις και τεχνικές.
Στο μέλλον, η αστρονομία των βαρυτικών κυμάτων αναμένεται να παρατηρήσει πολλά ακόμη γεγονότα. Και με βελτιωμένες μεθόδους και πιο ακριβή μοντέλα στη διάθεσή τους, οι αστρονόμοι είναι πιθανό να μάθουν ακόμη περισσότερα για τις πιο μυστηριώδεις και ισχυρές δυνάμεις που εργάζονται στο Σύμπαν μας.
