Οι αστέρες νετρονίων είναι υπερ-πυκνά υπολείμματα μαζικών άστρων που κατέρρευσαν μετά από εκρήξεις σουπερνόβα και αποτελούνται κυρίως από νετρόνια. Όταν δύο αστέρες νετρονίων συγκρούονται παράγουν βαρυτικά κύματα, δηλαδή ρυτιδώσεις στον ιστό του χωροχρόνου που διαδίδονται με την ταχύτητα του φωτός.
Τα βαρυτικά κύματα συνήθως λαμβάνουν τη μορφή ταλαντώσεων, επηρεάζοντας περιοδικά και προσωρινά τον ιστό του σύμπαντος (δηλαδή, τον χωροχρόνο). Ωστόσο, η γενική σχετικότητα δείχνει ότι για ορισμένα κοσμολογικά γεγονότα, εκτός από την ταλαντωτική μετατόπιση δοκιμαστικών μαζών (που προκαλείται από την διέλευση βαρυτικών κυμάτων), υπάρχει και μια τελική μόνιμη μετατόπισή τους μέσω ενός φαινομένου που αναφέρεται ως «μνήμη βαρυτικών κυμάτων».
Προσφάτως δημοσιεύθηκε μια εργασία στο περιοδικό Physical Review Letters, που διερευνά τα φαινόμενα μνήμης βαρυτικών κυμάτων που προκύπτουν από συγχωνεύσεις αστέρων νετρονίων.
Η εν λόγω δημοσίευση, προσφέρει την πρώτη ένδειξη για το πώς τα μαγνητικά πεδία, τα νετρίνα και η εκτινασσόμενη ύλη θα μπορούσαν να συμβάλλουν στο φαινόμενο μνήμης βαρυτικών κυμάτων που αναδύεται από αυτά τα αστροφυσικά γεγονότα.
«Παρά την τεράστια πρόοδο στην ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων, εξακολουθούν να υπάρχουν σημαντικές πτυχές της γενικής σχετικότητας που δεν έχουν ακόμη παρατηρηθεί και που μόλις πρόσφατα έγιναν κατανοητές», δήλωσε ο Αντώνιος Τσόκαρος, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόι στο Ουρμπάνα-Σαμπέιν και ερευνητής στην Ακαδημία Αθηνών, ο οποίος καθοδήγησε την έρευνα.
Οι πρώτοι υπολογισμοί που προέβλεψαν το φαινόμενο μνήμης βαρυτικών κυμάτων πραγματοποιήθηκαν από τους Zel’dovich and Polnarev back το 1974. Βασιζόμενοι στη γραμμική θεωρία της βαρύτητας, οι δύο φυσικοί υπολόγισαν το φαινόμενο μνήμης για ένα σμήνος υπερ-πυκνών άστρων.
Το 1991, ο Δημήτρης Χριστοδούλου στην εργασία του με τίτλο «Nonlinear nature of gravitation and gravitational-wave experiments» απέδειξε ότι η μη γραμμικότητα των εξισώσεων του Αϊνστάιν οδηγεί σε ένα πρόσθετο φαινόμενο μνήμης που πηγάζει από την σωρευτική συνεισφορά των ίδιων των βαρυτικών κυμάτων. Διατύπωσε το αποκαλούμενο «Christodoulou memory effect» ή «Christodoulou permanent displacement» ή για συντομία φαινόμενο μνήμης που αφορά την επ’ άπειρον μη γραμμική φύση των βαρυτικών κυμάτων. Όταν ένα βαρυτικό κύμα κινείται μέσω μιας πειραματικής συσκευής, μετατοπίζει προσωρινά τις δοκιμαστικές μάζες που σύντομα σταματούν αφού περάσουν τα κύματα. Ο Χριστοδούλου έδειξε ότι οι δοκιμαστικές μάζες δεν επιστρέφουν ακριβώς στις αρχικές τους θέσεις. H γεωμετρία του χωροχρόνου διατηρεί μια μνήμη του διερχόμενου βαρυτικού κύματος και αλλάζει μόνιμα από αυτό – ένα φαινόμενο που θα μπορούσε να ανιχνευθεί. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με την κατάσταση μιας επιφάνειας λίμνης που διαταράσσεται προσωρινά από μια πέτρα γιατί η λίμνη θα επιστρέψει τελικά στην αρχική της κατάσταση. H μόνιμη μετατόπιση των πειραματικών μαζών ενός ανιχνευτού βαρυτικών κυμάτων εξαιτίας του «φαινομένου μνήμης» οφείλεται στην μη-γραμμικότητα των εξισώσεων Αινστάιν.
Πιο πρόσφατα, οι Bieri, Chen και Yau έδειξαν ότι το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο συμβάλλει επίσης σε υψηλό βαθμό, στο μη γραμμικό φαινόμενο μνήμης των βαρυτικών κυμάτων, ενώ οι Bieri και Garfinkle απέδειξαν ότι υπάρχει ένα ακόμη επιπλέον μέρος του μη γραμμικού φαινομένου μνήμης για την ακτινοβολία νετρίνων.
Αν και οι δυαδικές μαύρες τρύπες, συστήματα που αποτελούνται από δύο μαύρες τρύπες που περιφέφονται η μία γύρω από την άλλη, αναμένεται να παράγουν ισχυρότερα βαρυτικά κύματα και επομένως το μεγαλύτερο φαινόμενο μνήμης, οι δυαδικοί αστέρες νετρονίων εμφανίζουν επιπλέον συνεισφορές μνήμης λόγω της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και των νετρίνων που εκπέμπονται. Επιπλέον, αυτά τα δυαδικά συστήματα παρουσιάζουν εκτίναξη βαρυονικής ύλης, η οποία απουσιάζει επίσης στις συγχωνεύσεις δυαδικών μαύρων τρυπών.
Ο Τσόκαρος και οι συνεργάτες του θέλησαν να ρίξουν νέο φως στο πώς αυτοί οι πρόσθετοι παράγοντες επηρεάζουν τα φαινόμενα μνήμης βαρυτικών κυμάτων που σχετίζονται με την συγχώνευση δύο περιστρεφόμενων αστέρων νετρονίων. Πιο συγκεκριμένα, επιδίωξαν να ποσοτικοποιήσουν, για πρώτη φορά, την συνεισφορά του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, των νετρίνων και της εκτινασσόμενης ύλης σε αυτά τα φαινόμενα.
Για να το επιτύχουν, οι ερευνητές προσομοίωσαν δυαδικούς αστέρες νετρονίων με μεταβαλλόμενα μαγνητικά πεδία χρησιμοποιώντας προηγμένα υπολογιστικά εργαλεία. Αξιοσημείωτο είναι ότι ορισμένες προσομοιώσεις περιλάμβαναν εκπομπές νετρίνων που θα προέκυπταν από σύγκρουση μεταξύ των δύο αστέρων νετρονίων, ενώ άλλες όχι.
«Διαπιστώσαμε μια περίπλοκη εξάρτηση της μνήμης από τη μάζα του συστήματος, την καταστατική εξίσωση του αστέρα νετρονίων (τις θερμοδυναμικές ιδιότητες της ύλης), καθώς και την τοπολογία και το μέγεθος του μαγνητικού πεδίου», εξήγησε ο Τσόκαρος.
Συγκεκριμένα, η απλοϊκή προσδοκία ότι τα μαγνητισμένα δυαδικά συστήματα θα παράγουν μεγαλύτερα συνολικά σήματα μνήμης από τα αντίστοιχα μη μαγνητισμένα, λόγω της πρόσθετης ηλεκτρομαγνητικής μνήμης, δεν επιβεβαιώνεται απαραίτητα. Κι αυτό διότι, αφενός μεν η ηλεκτρομαγνητική μνήμη είναι αμελητέα (εκτός από περιπτώσεις πολύ ισχυρών μαγνητικών πεδίων), και αφετέρου η μετα-συγχωνευτική μαγνητισμένη εξέλιξη του υπολείμματος αστέρα νετρονίων μπορεί να οδηγήσει σε μικρότερη μνήμη βαρυτικών κυμάτων.
Συνολικά, οι προσομοιώσεις των Τσόκαρου και των συνεργατών του δείχνουν ότι τα μαγνητικά πεδία, τα νετρίνα και η εκτινασσόμενη ύλη συμβάλλουν σημαντικά στη συνολική μνήμη βαρυτικών κυμάτων από συγχωνεύσεις αστέρων νετρονίων. Οι παράγοντες αυτοί εκτιμήθηκε ότι αντιστοιχούν στο 15 έως 50% της συνολικής μνήμης.
Η ομάδα διαπίστωσε ότι σε ορισμένες περιπτώσεις, οι μαγνητισμένες συγχωνεύσεις θα μπορούσαν να παράγουν μικρότερο συνολικό φαινόμενο μνήμης από τις μη μαγνητισμένες. Επιπλέον, έδειξαν ότι η μνήμη βαρυτικών κυμάτων που παράγεται από συγχωνεύσεις αστέρων νετρονίων θα μπορούσε να αυξάνεται σταδιακά για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα σε σύγκριση με εκείνη που σχετίζεται με συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών.
Το φαινόμενο μνήμης αποτελεί ένα μοναδικό χαρακτηριστικό της γενικής σχετικότητας και επομένως η ανίχνευσή του θα προσφέρει έναν ακόμη αυστηρό έλεγχο της θεωρίας..
Οι ερευνητές ελπίζουν ότι η πρόσφατη μελέτη τους θα συμβάλει στη μελλοντική ανίχνευση φαινομένων μνήμης βαρυτικών κυμάτων, των οποίων η παρατήρηση θα επιβεβαιώσει τις προβλέψεις της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν και θα προσφέρει νέα γνώση για συναρπαστικά αστροφυσικά φαινόμενα. Επιπλέον, σύμφωνα με τον Τσόκαρο, «στην περίπτωση δυαδικών συστημάτων όπου ένα από τα συμπαγή αντικείμενα είναι αστέρας νετρονίων, η ανίχνευση του φαινομένου μνήμης βαρυτικών κυμάτων θα προσέφερε περαιτέρω ενδείξεις σχετικά με την καταστατική εξίσωση, την μάζα και το μαγνητικό πεδίο του αστέρα νετρονίων».
«Αυτή η εργασία αποτέλεσε την πρώτη μας ενασχόληση με το πεδίο της μνήμης βαρυτικών κυμάτων σε δυαδικά συστήματα. Σχεδιάζουμε τώρα να επεκτείνουμε αυτή την έρευνα πραγματοποιώντας περαιτέρω συστηματικές μελέτες στον τομέα αυτό και παρέχοντας συγκεκριμένα αποτελέσματα που θα βοηθήσουν στην καλύτερη κατανόηση αυτού του πολύπλοκου φαινομένου που προκύπτει από την γενική σχετικότητα, καθώς και στην ανίχνευσή του.
Κατά μία έννοια, παρόμοια με την δική μας παραμένουσα μνήμη, η οποία διαμορφώνεται από την διαδρομή της ζωής μας, τα δυαδικά συμπαγή αντικείμενα αναπτύσσουν επίσης μια παραμένουσα μνήμη, όπως περιγράφεται από την θεωρία βαρύτητας του Αϊνστάιν.
διαβάστε περισσότερα: The persistence of gravitational wave memory – https://phys.org/news/2026-02-persistence-gravitational-memory.html
Κατηγορίες:ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑ
physicsgg 
Σχολιάστε