Πέμπτη, 21 Απριλίου 2016

Πώς να κάνετε τα βαρυτικά κύματα να…. «τραγουδούν»

Μια τεράστια διαστρική μαύρη τρύπα θα δημιουργήσει μοναδικά σήματα όταν ''καταπιεί'' το μικρότερο συνοδό της.
Από την Emily Conover


Καλλιτεχνική απεικόνιση του δίσκου προσαύξησης μιας μαύρης τρύπας

 Εάν η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα από την ταινία Interstellar ήταν πραγματική, οι επιστήμονες θα μπορούσαν να είναι σε θέση να ανιχνεύσουν μια μοναδική υπογραφή των βαρυτικών κυμάτων της καθώς θα ''καταβρόχθιζε'' το συνοδό της . 

Πολιτεία Σώλτ Λέικ. Όταν μαύρες τρύπες συγκρούονται, οι αστρονόμοι περιμένουν να καταγράψουν ένα βαρυτικό κύμα. Αλλά πολύ γρήγορα οι περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες, σαν κι αυτή που εμφανίζεται στην ταινία Interstellar του 2014, μπορεί να προτιμούν να ...τραγουδούν, να ''κελαηδούν'' αν θέλετε.

Σύμφωνα με τους υπολογισμούς του φυσικού του Κάλτεκ Δρ.Kip Thorne, ο οποίος υπηρέτησε ως επιστημονικός σύμβουλος για τις ανάγκες της κινηματογραφικής ταινίας Interstellar, η μαύρη τρύπα του σεναρίου, που είναι γνωστή ως Gargantua, πρέπει να είχε μάζα 100 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο και να στροβιλίζεται γύρω από τον άξονά της με ιλιγγιώδη ταχύτητα. Αυτά τα χαρακτηριστικά θα μπορούσαν να εξηγήσουν την ακραία διαστολή του χρόνου σε ένα κόσμο όπου ο ατρόμητος κυνηγός πλανητών της ταινίας προσγειώθηκε σε ένα πλανήτη όπου μια ώρα εκεί, ισοδυναμεί με επτά πάνω στη Γη, ένα φαινόμενο που προβλέπεται από τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν.


      Μαύρες τρύπες σε συγχώνευση. Καλλιτεχνική απεικόνιση  


Αν μια ταχύτατα περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα συγχωνεύεται με έναν συνοδό, θα παράξει ένα μοναδικό σήμα. Είναι αυτό ακριβώς το σήμα που μπορούν οι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων, να καταγράψουν, δήλωσε ο φυσικός Niels Warburton του MIT στις 18 Απριλίου σε μια συνεδρίαση της Αμερικανικής Φυσικής Εταιρείας. "Υπάρχει μια εντελώς διαφορετική βαρυτική υπογραφή των βαρυτικών κυμάτων'', είπε ο Warburton, ο οποίος συνέγραψε σχετική εργασία την οποία δημοσίευσε ζωντανά στο διαδίκτυο στον ιστότοπο arXiv.org στις 3 Μαρτίου.

Το πρότυπο σήμα που παράγεται όταν συγχωνεύονται μαύρες τρύπες είναι ένα "τιτίβισμα," όπως χαρακτηριστικά λέγεται, που διέπει την αύξηση της συχνότητας και της έντασης των βαρυτικών κυμάτων που παράγονται καθώς οι μαύρες τρύπες στροβιλίζονται προς τα μέσα. Όταν μετατρέπονται σε ηχητικά κύματα, αυτό το μοτίβο ακούγεται σαν κελάηδισμα ενός πουλιού. Ο  Warburton και οι συνεργάτες κάνουν υπολογισμούς για τον προσδιορισμό της υπογραφής των βαρυτικών κυμάτων από μια συγχώνευση με μια μαύρη τρύπα που  περιστρέφεται με σχεδόν πλήρη κλίση. Αντί όμως για ένα ''κελάηδισμα'', βρήκαν ότι τα βαρυτικά κύματα σιγά-σιγά εξαφανίζονται αντί να διατηρούν ένα σταθερό βήμα. 

''Ήταν σίγουρα πολύ απροσδόκητο να δούμε κάτι που δεν ήταν κελάηδισμα ," λέει ο φυσικός Jolyon Bloomfield του ΜΙΤ, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα. "Αυτό είναι πραγματικά μια πολύ ενδιαφέρουσα δουλειά. Δείχνει ότι η θεωρία για το κελάηδισμα πραγματικά απομακρύνεται μακριά. Κάτι άλλο συμβαίνει εδώ ".

Εάν εμφανιστούν τέτοιες συγχωνεύσεις με μαύρες τρύπες στη φύση, οι παρατηρητές της επόμενης γενιάς παρατήρησης βαρυτικών κυμάτων, όπως η Εξελισσόμενη κεραία διαστημικού συμβολόμετρου με τεχνολογία Laser , ( Evolved Laser Interferometer Space Antenna) θα  μπορούν να δώσουν αποδείξεις για την  ύπαρξή τους. Καινοτόμοι σχεδιασμοί που γίνονται  για το πείραμα eLISA όσο αναφορά  τη μέτρηση βαρυτικών κυμάτων από το διάστημα, αρχίζουν το 2034. "Αυτά (τα βαρυτικά κύματα) είναι σίγουρα ανιχνεύσιμα με το eLISA," είπε ο Warburton.

Το Εξελιγμένο παρατηρητήριο συμβολόμετρου βαρυτικών κυμάτων που χρησιμοποιεί τεχνολογία Laser, (The Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)  το οποίο έκανε την πρώτη ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων το 2015 (SN:. 5.3.16, σελ 6), θα μπορούσε να είναι σε θέση να παρατηρεί τέτοιες συγχωνεύσεις, αν οι συνθήκες ήταν ακριβώς αυτές που πρέπει. Αν και το LIGO δεν μπορεί να παρατηρήσει τις συγχωνεύσεις μαύρων οπών τόσο ογκώδεις όσο η Gargantua, μικρότερες περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες θα μπορούν να παράξουν ένα παρόμοιο αποτέλεσμα.

''Η ανακάλυψη μαύρων  τρυπών όπως η Gargantua θα έχει αντίκτυπο και πέρα από το Χόλυγουντ. Οι στροβιλιζόμενες μαύρες τρύπες είναι  πραγματικά ενδιαφέρουσες από την προοπτική της θεμελιώδους φυσικής'', λέει ο Samuel Gralla του Πανεπιστημίου της Αριζόνα στην πόλη Τουσόν, ένας συν-ερευνητής της νέας σχετικής εργασίας.

Καλλιτεχνική άποψη της Gargantua

Οι μαύρες τρύπες μπορούν να περιστρέφονται ολοένα και πιο γρήγορα, καθώς απορροφούν ύλη, αλλά οι επιστήμονες πιστεύουν ότι υπάρχει ένα όριο για  πόσο γρήγορα μπορούν να περιστραφούν. Στο κέντρο μιας μαύρης τρύπας είναι μια μοναδικότητα, ή αλλιώς μια  περιοχή άπειρης πυκνότητας, η οποίο είναι κρυμμένη από ένα ορίζοντα γεγονότων (η επιφάνεια πέρα από την οποία τίποτα δεν μπορεί να ξεφύγει χαρακτηρίζοντας έτσι την άπληστη έλξη μιας μαύρης τρύπας). Αλλά αν η μαύρη τρύπα στροβιλίζεται πάρα πολύ γρήγορα, η μοναδικότητα είναι εκτεθειμένη . Μια τέτοια "γυμνή μοναδικότητα’’, όπως είναι γνωστή, πιστεύεται ότι είναι αδύνατο να επεκταθεί, επειδή καταρρέουν οι γνωστοί νόμοι της φυσικής .

Σύμφωνα με τους υπολογισμούς των επιστημόνων, οι συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών ''τραγουδούν'' όταν η μεγαλύτερη μαύρη τρύπα περιστρέφεται ακριβώς λίγο κάτω από το όριο του 99,99 τοις εκατό της μέγιστης ταχύτητας της. Αυτό είναι που κάνει τις μαύρες τρύπες να τραγουδούν. Μια δελεαστική προοπτική για την κατανόηση της φυσικής στις ακραίες της καταστάσεις.

   Από την ταινία  Interstellar   



ΠΗΓΕΣ :  sciencenews.org  -  en.wikipedia.org