Μαύρες τρύπες και βαρυτόνια

Posted on 12/06/2017

0


Τα χαρακτηριστικά των τριών βαρυτικών γεγονότων που ανιχνεύθηκαν και ανακοινώθηκαν επίσημα από το LIGO. Το GW170104  είναι και το πιο μακρινό.

Κατά τη διάρκεια του αρχαιοζωικού μεγααιώνα, όταν η μόνη μορφή ζωής στον πλανήτη Γη ήταν τα βακτήρια, σε έναν πάρα πολύ μακρινό γαλαξία δυο μαύρες τρύπες συγχωνεύτηκαν παράγοντας μια ριπή βαρυτικών κυμάτων.

Κατά την διάρκεια των επόμενων 2,9 δισεκατομμυρίων ετών ενώ αυτοί οι κυματισμοί διέσχιζαν τις τεράστιες κενές αποστάσεις του διαστήματος, στην Γη η βακτηριακή ζωή εξελίχθηκε σε μια πολυπλοκότερη μορφή, τους ανθρώπους. Αυτό το νέο είδος ζωής, παρά τις αυτοκαταστροφικές τάσεις που συνεχώς φρέναραν την πρόοδό του, έμαθε να κατασκευάζει καθρέπτες και λέιζερ ώστε να μετρά βαρυτικές δονήσεις διακρίνοντας κινήσεις μεγέθους μικρότερου από τον πυρήνα των ατόμων!

Έτσι, όταν τα βαρυτικά κύματα έφτασαν στην Γη, το ανθρώπινο είδος κατάφερε να πραγματοποιήσει την τρίτη ανίχνευση συγχώνευσης μαύρων τρυπών. Το γεγονός αυτό πέρασε σχεδόν απαρατήρητο, κάτι αναμενόμενο σ’ έναν πλανήτη όπου οι άνθρωποι δυστυχούν ή σκοτώνονται εν ονόματι του κέρδους ή κάθε είδους ηλίθιου φανατισμού, που πεθαίνουν από την πείνα, το κρύο, ή πνίγονται καθώς αναγκάζονται να μεταναστεύουν νομίζοντας ότι θα φτάσουν εκεί όπου δεν υπάρχει εκμετάλλευση ανθρώπων από άνθρωπο.

Παρά λοιπόν την κοινωνικο-οικονομική ανοησία που επικρατεί στον πλανήτη μας οι αστρονόμοι κατάφεραν να ανιχνεύσουν το τρίτο βαρυτικό κύμα που ονομάστηκε GW170104. Το κύμα αυτό προκλήθηκε από την συγχώνευση δυο μαύρων τρυπών, 19.4 και 31.2 ηλιακών μαζών αντίστοιχα, σε μια μαύρη τρύπα 48.7 ηλιακών μαζών, απελευθερώνοντας ταυτόχρονα ενέργεια σε μορφή βαρυτικών κυμάτων που αντιστοιχεί σε περίπου 2 ηλιακές μάζες.

To LIGO αποκαλύπτει μια νέα κατηγορία μαύρων τρυπών που έχουν μεγαλύτερες μάζες από τις μαύρες τρύπες που είχαν ανακαλυφθεί παλαιότερα από έρευνες με ακτίνες Χ (μωβ). Φαίνονται οι τρεις επίσημα επιβεβαιωμένες ανιχνεύσεις από το LIGO, GW150914, GW151226, GW170104, και η LVT151012 που δεν ικανοποιούσε τις προδιαγραφές για επίσημη ανακοίνωση.

Η ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων απέδειξε ότι είναι η δυνατή ή ύπαρξη μαύρων τρυπών με μάζες μεγαλύτερες από 20 ηλιακές μάζες. Οι προηγούμενες παρατηρήσεις ακτίνων Χ κοντά σε περιοχές μαύρων τρυπών είχαν δείξει ότι οι μαύρες τρύπες μπορούν να έχουν μάζες από 5 έως 15 ηλιακές μάζες. Η ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων αποδεικνύει πως υπάρχουν μαύρες τρύπες μεσαίου μεγέθους, μεταξύ των μεγεθών των αστρικών μαζών και των υπερ-μεγεθών που παρατηρούνται στα κέντρα των γαλαξιών.

Η τελευταία ανίχνευση συγχώνευσης μαύρων τρυπών είναι και η πιο μακρινή, συνέβη περίπου 3 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά, μια απόσταση διπλάσια και πλέον από τις προηγούμενες συγχωνεύσεις. Αυτή η μεγαλύτερη απόσταση μας επιτρέπει να ελέγξουμε την κβαντική πτυχή της βαρύτητας που εκφράζεται με τα σωματίδια που λέγονται βαρυτόνια. Όπως τα φωτόνια είναι οι φορείς της ηλεκτρομαγνητικής, τα γλοιόνια της ισχυρής πυρηνικής, τα μποζόνια W και Ζ της ασθενούς πυρηνικής αλληλεπίδρασης, έτσι και τα σωματίδια που μεταφέρουν την βαρυτική αλληλεπίδραση ονομάζονται βαρυτόνια.

Βίντεο: Προσομοίωση της συγχώνευσης των μαύρων τρυπών που προκάλεσαν το τελευταίο βαρυτικό κύμα που ανίχνευσε το LIGO

Η βαρύτητα είναι η ασθενέστερη των τεσσάρων αλληλεπιδράσεων που υπάρχουν στο σύμπαν μας (οι άλλες τρεις είναι η ηλεκτρομαγνητική, η ασθενής και η ισχυρή πυρηνική). Έτσι για να παρατηρήσουμε απευθείας ένα βαρυτόνιο [διαβάστε σχετικά: «Είναι δυνατή η ανίχνευση των βαρυτονίων;»] απαιτείται ανιχνευτής στο μέγεθος του πλανήτη Δία γύρω από ένα άστρο νετρονίων. Παρότι η ανίχνευση των βαρυτονίων φαίνεται αδύνατη, προς το παρόν είμαστε σε θέση να γνωρίζουμε πολύ καλά τη θεωρία των βαρυτονίων. Μια από βασικές θεωρητικές προβλέψεις είναι πως τα βαρυτόνια δεν έχουν μάζα, όπως τα φωτόνια. Το αποτέλεσμα είναι να διαδίδονται με την ταχύτητα του φωτός. Με την ανίχνευση του νέου βαρυτικού κύματος μπορεί να ελεγχθεί η μάζα των βαρυτονίων διαμέσου μιας ιδιότητας που ονομάζεται διασπορά (διασκορπισμός). Αν τα βαρυτόνια διαθέτουν μάζα τότε θα έπρεπε να τροποποιηθεί η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν.

Η διασπορά εμφανίζεται όταν τα κύματα που προέρχονται από την ίδια πηγή διαδίδονται με διαφορετικές ταχύτητες. Πρόκειται για την ιδιότητα στην οποία οφείλεται η ανάλυση του λευκού φωτός από ένα πρίσμα στα χρώματα του ουρανίου τόξου. Ένα παρόμοιο φαινόμενο παρατηρείται επίσης όταν ραδιοκύματα ταξιδεύουν διαμέσου του ιονισμένου πλάσματος στον διαστρικό χώρο, διότι τα φορτισμένα σωματίδια του πλάσματος αλληλεπιδρούν έντονα με το φως.

Όμως, επειδή τα βαρυτικά κύματα δεν αλληλεπιδρούν ισχυρά με άλλες μάζες, δεν προκύπτει καμιά διασπορά καθώς διασχίζουν τον κενό χώρο. Ωστόσο υπάρχει ένας άλλος τρόπος που μπορεί να προκαλέσει την διασπορά. Αν τα βαρυτόνια είχαν μάζα, τότε βαρυτόνια με διαφορετικές ενέργειες θα ταξίδευαν με διαφορετικές ταχύτητες. Επομένως, κατά την διάρκεια μιας διαδρομής 3 δισεκατομμυρίων ετών φωτός, αυτή η διασπορά θα ήταν αρκετά μεγάλη για να παρατηρηθεί. Η τελευταία ανίχνευση βαρυτικού κύματος έδειξε ότι η η μάζα του βαρυτονίου είναι μικρότερη από 7,7×10−23 eV/c2. Φαίνεται δηλαδή ότι τα βαρυτόνια, αν υπάρχουν, δεν έχουν μάζα όπως τα φωτόνια.

Έτσι, οι καλοί επιστήμονες του LIGO (κι όχι οι κακοί πρωθυπουργοί), μέσα από την τρίτη ανίχνευση συγχώνευσης ζεύγους μαύρων τρυπών στην ιστορία της ανθρωπότητας, διαπίστωσαν πως η μάζα του βαρυτονίου τείνει προς το μηδέν – συνεπώς η γενική σχετικότητα του Αϊνστάιν περνάει ακόμα έναν έλεγχο.

πηγές: https://briankoberlein.com/2017/06/08/black-holes-gravitons/ – https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.221101