Ένας κοσμικός Μίδας: Βαρύτητα και φως από ένα χρυσό βαλς αστέρων νετρονίων

Ελένη Βαρδουλάκη από το http://scinews.eu

16 Οκτώβρη 2017: η μέρα που οι αστροφυσικοί “έσπασαν” τα μέσα κοινωνικής δικτύωσης.

Μέρες περιμέναμε με αγωνία τη χρυσή αυτή ανακοίνωση! Στην πραγματικότητα περιμέναμε 130 εκατομμύρια χρόνια και δυο μήνες! Κάτι καινούριο στον τομέα των βαρυτικών κυμάτων, αλλά όχι μόνο. Μια σπάνια ανακάλυψη, που ταυτόχρονα θα επιβεβαίωνε τη θεωρία!

Οι ταυτόχρονες συνεντεύξεις τύπου από LIGOVIRGO και ESO στις 16 Οκτωβρίου 2017 μας έκαναν να πιστεύουμε ότι κάτι μεγάλο πρέπει να συνέβη, κάτι μοναδικό! Είχαμε ακούσει φήμες για μια σπουδαία ανακάλυψη, αλλά δεν είχαμε κατανοήσει τη βαρύτητα αυτής της ανακάλυψης.

17 Αυγούστου 2017: η μέρα που σήμανε συναγερμός σε 70 τηλεσκόπια σε Γη και διάστημα, η μέρα που ανιχνεύτηκε το πρώτο βαρυτικό κύμα από τη σύγκρουση διπλού συστήματος αστέρων νετρονίων (τα πιο πυκνά αντικείμενα στο σύμπαν, πιο πυκνά και από διαμάντι). Τα βαρυτικά κύματα είναι καμπυλώσεις του χωροχρόνου (το πάντρεμα του τρισδιάστατου χώρου στον οποίο ζούμε με το χρόνο), που δημιουργούνται όταν ένα αντικείμενο με μάζα επιταχύνεται ή περιστρέφεται. Στο διάστημα, πηγές βαρυτικών κυμάτων, η κάθε μια με τη δική της υπογραφή, είναι τα συνεχή βαρυτικά κύματα, τα βαρυτικά κύματα από σύγκρουση διπλών συστημάτων, τα στοχαστικά βαρυτικά κύματα και οι εκρήξεις βαρυτικών κυμάτων.

Η ώρα της ανακοίνωσης! Είναι γεγονός! Για πρώτη φορά ανιχνεύονται βαρυτικά κύματα και φως από το ίδιο  αστροφυσικό φαινόμενο! Μια τεράστια ανακάλυψη!

Πως όμως αυτά τα “μικρά” πυκνά “διαμαντάκια”, οι αστέρες νετρονίων, έγιναν τόσο αγαπημένο ζευγάρι; Οι αστέρες νετρονίων είναι ένα από τα τελικά στάδια εξέλιξης ενός άστρου. Στην τελική φάση λοιπόν της ζωής αυτού του διπλού συστήματος, άρχισαν αυτά να έλκονται πιο έντονα λόγω της ισχυρής βαρύτητας. Καθώς και τα δύο είναι “ισχυρές προσωπικότητες”, δε θα συγκρουστούν αμέσως. Αντιθέτως θα αρχίσουν ένα βαρυτικό βαλς, με μοιραία κατάληξη! Αρχίζουν να περιστρέφονται γρήγορα, όλο και πιο γρήγορα, ενώ ταυτόχρονα εκπεμπουν βαρυτικά κύματα. Όπως αποκάλυψαν τα δύο συμβολόμετρα LIGO σε συνεργασία με το VIRGO, η έλξη αυτή ήταν όντως μοιραία. Μπαμ! Και, η αγάπη τους θα μείνει για πάντα, όπως τραγούδησαν οι MUSE πριν από μερικά χρόνια, σχεδόν προφητικά, όπως κάποιοι θέλουν να πιστεύουν.

Ας δούμε όμως το χρονικό της μοναδικής αυτής ανακάλυψης!

17 Αυγούστου, ανιχνεύεται, σχεδόν ταυτόχρονα, από τα δύο συμβολόμετρα LIGO, το βαρυτικό κύμα GW170817 από μια νέα πηγή, με διαφορετική “υπογραφή” από τα βαρυτικά κύματα από σύγκρουση μαύρων τρυπώνπου είχαν ήδη ανιχνευτεί και επιβεβαιωθεί. Αυτό το βαρυτικό κύμα διαρκεί πολύ περισσότερο, λίγο παραπάνω από ενάμιση λεπτό.

1.7 δευτερόλεπτα μετά, το διαστημικό τηλεσκόπιο FERMI παρατηρεί μια μικρή (περίπου 2 δευτερόλεπτα) έκλαμψη ακτίνων γάμμα, στην οποία δε δίνει και πολύ σημασία. “Χτυπάει το τηλέφωνο, ξυπνήστε” τους λέει το LIGO, “μόλις ανιχνεύσαμε βαρυτικά κύματα από μια πηγή και, αν όντως είναι αυτό που πιστεύουμε, από σύγκρουση αστέρων νετρονίων, τότε πρέπει να το είδατε και εσείς!”.

Ο λόγος; Μετά τη σύγκρουση, εκτός από τα τεράστια ποσά ενέργειας που απελευθερώνονται στο διάστημα μέσω των βαρυτικών κυμάτων, απελευθερώνεται και ενέργεια στο ευρύ φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Το πρώτο πράγμα που δημιουργείται είναι δύο πίδακες ενέργειας, μικροί σε διάρκεια μα τόσο ισχυροί που αυτή η εκπομπή παρατηρήθηκε στις ακτίνες γάμμα, το πιο ενεργειακό κομμάτι του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.

Σημαίνει γενικός συναγερμός! “Σταματήστε ότι κάνετε και στρέψτε τα “μάτια” σας σε αυτή την πηγή”. Χάρη στην τεχνική του τριγωνισμού από τις παρατηρήσεις των δύο LIGO και του VIRGO, οι επιστήμονες έχουν με μεγάλη ακρίβεια την τοποθεσία της πηγής των αυτών βαρυτικών κυμάτων.

Μετά από λίγο, η έκλαμψη ακτίνων γάμμα επιβεβαιώνεται από τον δορυφόρο INTEGRAL.

10 ώρες και 52 λεπτά αργότερα, μια έντονη πηγή ακτινοβολίας στο οπτικό του φάσματος κάνει την εμφάνιση της. Όλα δείχνουν τον γαλαξία NGC 4993, ο οποίος βρίσκεται 130 έτη φωτός μακριά από εμάς στον αστερισμό της Ύδρας. Αυτή η κιλονόβα, όπως ονομάζεται, είναι ένα αστέρι νετρονίων που αποσυντίθεται, ενώ εκπέμπει ενέργειες εως και 1000 φορές αυτές της κλασικής νόβα.

11 ώρες και 36 λεπτά μετά την σύγκρουση οι επιστήμονες παρατηρούν από την ίδια πηγή εκπομπή στο υπέρυθρο.

15 ώρες μετά τη σύγκρουση, παρατηρείται υπεριώδης ακτινοβολία από την ίδια πηγή.

Μετά από 9 μέρες κάνουν την εμφάνιση τους οι ακτίνες-Χ, από παρατηρήσεις του διαστημικού τηλεσκοπίου Chandra.

Και μετά από 16 μέρες, οι αστρονόμοι παρατηρούν εκπομπή στα ραδιοκύματα με το VLA.

Όλα αυτά όμως τα δεδομένα μας λένε τι έγινε δευτερόλεπτα πριν και μετά τη σύγκρουση.

Για να κατασκοπεύσουν τη ζωή τους πριν το βαλς του θανάτου, χρησιμοποίησαν δεδομένα από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, ή όπως το περιέγραψε ένας επιστήμονας της παγκόσμιας συνεργασίας, έκαναν “forensic astrophysics” τύπου CSI. Τα δεδομένα δείχνουν ότι αυτή η πηγή έντονης ακτινοβολίας εμφανίστηκε ξανφικά λίγες μέρες μετά από τη σύγκρουση για να σβήσει πάλι μερικές μέρες αργότερα.

Επίσης, με τη χρήση θεωρητικών μοντέλων για την σύγκρουση δύο αστέρων νετρονίων καθώς και των νέων δεδομένων, μπόρεσαν οι επιστήμονες να γυρίσουν το χρόνο πίσω και να δουν τη μοιραία αυτή χορογραφία, το βαλς του θανάτου, μέχρι την τελική σύγκρουση.

Για να αποκλείσουν ότι το γεγονός αυτό να προκλήθηκε από έκρηξη σουπερνόβα, παρατήρησαν την πηγή κυριολεκτικά με ότι είχαν και δεν είχαν! 70 τηλεσκόπια σε Γη και στο διάστημα, με τη χρήση καμιά 100αριά ανιχνευτών και τη συνεργασία ενός ασύλληπτα μεγάλου αριθμού ανθρώπων που κατέληξε σε πάνω από 65 επιστημονικές δημοσιεύσεις και περίπου 45,000 συγγραφείς συνολικά.

Αλλά οι δυνατότητες των νέων δεδομένων δε σταματούν εκεί. Χάρη σε αυτά μπορούμε να μάθουμε πόσο πυκνά και πόσο μεγάλα είναι τα αστέρια νετρονίων. Ταυτόχρονα παρατηρήσεις τέτοιου τύπου δίνουν τη δυνατότητα μέτρησης αποστάσεων στο διάστημα.

Τι άλλο; Αυτές οι παρατηρήσεις βοηθούν στη μελέτη του ρυθμού με τον οποίο επιταχύνεται το Σύμπαν με τη χρήση, για πρώτη φορά, βαρυτικών κυμάτων.

Και άλλα πολλά! Όπως το μυστήριο που απασχολούσε τους επιστήμονες για δεκαετίες:

Που δημιουργούνται τα βαρέα χημικά στοιχεία που βρίσκουμε στη Γη; Αν δε δημιουργούνται από τις πυρηνικές αντιδράσεις στο εσωτερικό των αστέρων, όπως ο Ήλιος μας, τότε που; Τα βαρέα χημικά στοιχεία, όπως ο χρυσός και η πλατίνα -σαν αυτά από τα οποία είναι φτιαγμένες οι βέρες σας- δημιουργούνται κατά τη σύγκρουση αστέρων νετρονίων! Σαν ένας κοσμικός Μίδας, ό,τι “πιάσει” γίνεται χρυσός!

Και φυσικά, η ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων και φωτός από την ίδια πηγή απέδειξαν ότι τα βαρυτικά κύματα ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός!

17 Αυγούστου 2017, η μέρα που γεννήθηκε η νέα αστροφυσική, η αστροφυσική του μέλλοντος! Ένας νέος τομέας που “μπορεί να μελετήσει ταυτόχρονα την αστροφυσική, την κοσμολογία και την πυρηνική φυσική”.

“Αυτό το συμβάν είναι τόσο πλούσιο σε δεδομένα, από την επιβεβαίωση μοντέλων για τις εσωτερικές διαδικασίες στους αστέρες νετρονίων και την ακτινοβολία που εκπέμπουν, μέχρι την πιο θεμελιώδη φυσική όπως η γενική σχετικότητα. Είναι ένα δώρο που θα συνεχίσει να δίνει”, τονίζει ο David Shoemaker του MIT.

Η ανίχνευση του κοσμικού αυτού γεγονότος σημαδεύει την πρώτη φορά που ένα αστροφυσικό φαινόμενο παρατηρήθηκε μέσω βαρυτικών κυμάτων και μέτα από δευτέρόλεπτα “βομβαρδίστηκε” από παρατηρήσεις με 70 τηλεσκόπια στο ευρύ φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, από τις ακτίνες γάμμα και ακτίνες-Χ, το υπεριώδες, οπτικό και υπέρυθρο, μέχρι τα ραδιοκύματα!

“Αυτή η ανίχνευση πραγματικά άνοιξε τις πόρτες σε ένα νέο τρόπο αστροφυσικής έρευνας. Περιμένω ότι θα τη θυμούνται ως ένα από τα καλύτερα παρατηρηθέντα αστροφυσικά γεγονότα στην ιστορία”, αναφέρει η Laura Cadonati από το Georgia Tech.

“Σαν μια έκρηξη ηφαιστείου, που σε γεμίζει με ήχους και φως”, όπως πολύ ποιητικά ακούστηκε κατά τη διάρκεια της συνέντευξης τύπου.

Μια νέα εποχή αστροφυσικής έρευνας και κατανόησης του Σύμπαντος γεννήθηκε και  μόλις κάναμε το πρώτο πάρτυ γενεθλίων της!

Δείτε εδώ το εντυπωσιακό Infografic 

Πηγές: LIGO,  VIRGOESOLIGO