GW190521: ένα βαρυτικό κύμα βαρύνουσας σημασίας

Posted on 04/09/2020

0


Οι ερευνητές των ανιχνευτών Advanced LIGO και Advanced Virgo, ανακοίνωσαν προχθές, ότι τον Μάιο του 2019, κατέγραψαν ένα πολύ ενδιαφέρον σήμα βαρυτικών κυμάτων που ονομάστηκε GW190521, προερχόμενο από τη συγχώνευση ενός ασυνήθιστου ζεύγους μαύρων τρυπών.

Σύμφωνα με το εκλαϊκευμένο άρθρο, γραμμένο από τον Mιχάλη Αγάθο στην ελληνική γλώσσα, στον ιστότοπο του LIGΟ: «το σήμα αυτό ήταν βραχύτερης διάρκειας και κορυφώθηκε σε χαμηλότερη συχνότητα από οποιοδήποτε άλλο σήμα συγχώνευσης μαύρων τρυπών που έχει παρατηρηθεί μέχρι σήμερα. Η χρονική διάρκεια που περνάει το σήμα ενός βαρυτικού κύματος στη ζώνη ευαισθησίας των Advanced Virgo και Advanced LIGO είναι αντιστρόφως ανάλογη της συνολικής μάζας του διπλού συστήματος. Στην περίπτωση του GW190521 η διάρκεια αυτή ήταν μόλις 0.1 δευτερόλεπτα περίπου, πολύ συντομότερη από την αντίστοιχη π.χ. του GW150914 – του πρώτου σήματος συγχώνευσης μαύρων τρυπών που ανιχνεύθηκε ποτέ. Ομοίως, η συχνότητα στην οποία το σήμα ενός συγχωνευόμενου διπλού συστήματος μαύρων τρυπών λαμβάνει τη μέγιστη τιμή του είναι επίσης αντιστρόφως ανάλογη της συνολικής μάζας του συστήματος. Στην περίπτωση του GW190521, η συχνότητα μεγίστου ήταν μόλις 60 Hz, επίσης πολύ χαμηλότερη αυτής του GW150914 που βρισκόταν στα 150 Hz. Επομένως ήταν προφανές εξ αρχής ότι οι ανιχνευτές LIGO και Virgo είχαν στα χέρια τους ένα ζεύγος μαύρων τρυπών με πολύ μεγάλες μάζες» (διαβάστε ολόκληρο το άρθρο πατώντας ΕΔΩ)

Το GW150914 προέκυψε από την συγχώνευση δυο μαύρων τρυπών με μάζες 66 M και 85 M (1M=η μάζα του ήλιου μας), προς τον σχηματισμό μιας νέας μαύρης τρύπας με μάζα περίπου 142M. Η συγχώνευση απελευθέρωσε τεράστια ποσότητα ενέργειας, ισοδύναμη με την ενέργεια 8 ηλιακών μαζών. Οι εξαιρετικά μεγάλες μάζες των μαύρων τρυπών που παρήγαγαν το σήμα GW190521 θέτουν υπό αμφισβήτηση την κατανόησή μας σχετικά με το σχηματισμό μαύρων τρυπών.

Επειδή υπάρχει και η πιθανότητα το βαρυτικό κύμα GW190521 να μην οφείλεται σε συγχώνευση μαύρων τρυπών, οι ερευνητές των ανιχνευτών LIGO και Virgo διερεύνησαν και άλλες πιθανές πηγές δημιουργίας βαρυτικών κυμάτων, όπως για παράδειγμα, από μια κοσμική χορδή που προέκυψε αμέσως μετά την πληθωριστική διαστολή του αρχέγονου σύμπαντος. Αλλά καμία από αυτές τις εξωτικές δυνατότητες δεν ταιριάζει με τα δεδομένα, όπως συμβαίνει με την υπόθεση της συγχώνευσης δυο μαύρων τρυπών με τις παραπάνω μάζες. Επίσης πραγματοποίησαν ελέγχους για την εύρεση χαρακτηριστικών στο σήμα που προβλέπονται από εναλλακτικές θεωρίες βαρύτητας, όμως φαίνεται πως τίποτε δεν μπορεί να αμφισβητήσει την Γενική Θεωρία της Σχετικότητας.

Βέβαια, το βαρυτικό σήμα GW190521 ήδη έχει μπει στο μικροσκόπιο πολλών ερευνητών που προσπαθούν να το συσχετίσουν με εξωτικές δυνατότητες.

Για παράδειγμα η χθεσινή δημοσίευση των De Luca et al  με τίτλο «The GW190521 Mass Gap Event and the Primordial Black Hole Scenario», στην οποία διερευνάται η περίπτωση πίσω από το σήμα GW190521, να βρίσκονται Αρχέγονες Μαύρες Τρύπες (Primordial Black Hole=PBH). Πρόκειται για μαύρες τρύπες που σχηματίστηκαν αμέσως μετά την Μεγάλη Έκρηξη. Σύμφωνα με την εν λόγω εργασία, το σήμα GW190521 δεν μπορεί να προέρχεται από αρχέγονες μαύρες τρύπες, δεδομένου ότι κάτι τέτοιο θα απαιτούσε η αφθονία τους να ξεπερνά τα όρια που θέτουν οι τωρινές εκτιμήσεις.

Ένα δεύτερο παράδειγμα αποτελεί η προσχθεσινή δημοσίευση των Sakstein et al, με τίτλο «Beyond the Standard Model Explanations of GW190521». Στην εργασία αυτή επιχειρούν να εξηγήσουν το βαρυτικό σήμα GW190521 χρησιμοποιώντας μοντέλα «νέας φυσικής», θέτοντας περιορισμούς σ’ αυτά, σύμφωνα με τις μάζες των μαύρων τρυπών που συγχωνεύθηκαν.

Προφανώς θα ακολουθήσουν κι άλλες σχετικές δημοσιεύσεις, οι οποίες θα πολλαπλασιάζονται καθώς οι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων LIGO / Virgo θα αυξάνουν τα δεδομένα τους. Μπορεί οι περισσότερες από αυτές τελικά να αποδειχθούν άνευ σημασίας, μέσα όμως από αυτή τη διαδικασία σίγουρα θα αποκαλυφθεί όλη η πραγματικότητα που κρύβεται πίσω από τις τερατώδεις συγκρούσεις, όπως η GW190521.