Βαρυτικά Κύματα Υποβάθρου - Ένα νέο παράθυρο παρατήρησης του σύμπαντος

28 Ιουνίου το NANOGrav collaboration δημοσίευσε τα αποτελέσματα από την δεκαπενταετή παρατήρηση 68 παλσάρ. Τα παλσάρ είναι αστέρες νετρονίων που με την υψηλή συχνότητα ιδιοπεριστροφής τους μπορούν και εκπέμπουν ραδιοκύματα σε πολύ σταθερούς ρυθμούς. Οι αστρονόμοι τα ονομάζουν και κοσμικά ρολόγια γιατί, αν το καλοσκεφτούμε, ένα ρολόι αυτό που κάνει είναι να έχει έναν σταθερό ρυθμό χτυπημάτων. Οι 190+ ερευνητές της ομάδας του NANOGrav εκμεταλλεύτηκαν την περιοδικότητα των ραδιοκυμάτων με σκοπό να ανιχνεύσουν βαρυτικά κύματα πολύ μεγάλου μήκους. Σκέφτηκαν ότι όταν ένα βαρυτικό κύμα διέρχεται μεταξύ της Γης και των παλσάρ, θα προκαλεί στρεβλώσεις στην περιοδικότητα των ραδιοκυμάτων που εκπέμπουν τα παλσάρς. Οι στρεβλώσεις δεν θα ήταν τυχαίες στην περίπτωση που οφείλονται σε βαρυτικά κύματα, αλλά θα εμφανίζαν μια συσχέτιση μεταξύ των διαφορετικών παλσάρ. Για την ακρίβεια, δύο παλσάρ που βρίσκονται σε θέσεις ομόρροπες ή αντιροπες ως προς την Γη, θα εμφανίζουν ανάλογες παραμορφώσεις στην περιοδικότητα των σημάτων τους, ενώ δύο παλσάρ σε κάθετες κατευθύνσεις ως προς την Γη θα εμφανίζουν αντιστρόφως ανάλογες παραμορφώσεις, δηλαδή, αν από το ένα παλσάρ είχαμε άφιξη σήματος νωρίτερα από το άλλο, θα είχαμε καθυστέρηση σήματος. Αυτές οι συσχετίσεις, κατά μέσο όρο, φτιάχνουν μια πολύ συγκεκριμένη συνάρτηση συσχέτισης που μπορεί να υπολογιστεί από την Γενική Θεωρία της Σχετικότητας. Τα παρατηρησιακά δεδομένα από τις συσχετίσεις της περιοδικότητας των παλσάρ του NANOGrav collaboration δείχνουν να έρχονται σε μεγάλη συμφωνία με τις θεωρητικές προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας (βλέπε σχήμα παρακάτω), παρέχοντας με αυτόν τον τρόπο μια σοβαρή ένδειξη της ύπαρξης των βαρυτικών κυμάτων υποβάθρου.

Η προέλευση των βαρυτικών κυμάτων αυτών είναι ακόμα άγνωστη, αλλά η ομάδα NANOGrav προτείνει σύμφωνα με τις μελέτες της ότι παράγονται από ζεύγη υπερμεγέθων μαύρων τρυπών κατά τη διάρκεια της κίνησής τους. Οι κοσμολόγοι, από την άλλη, βλέπουν για πρώτη φορά φως στον τούνελ του εντοπισμού των αρχέγονων βαρυτικών κυμάτων που προβλέπονται από το μοντέλο του κοσμικού πληθωρισμού. Κάποιοι μάλιστα αισιόδοξοι προτείνουν ότι μέρος των επικείμενων βαρυτικών κυμάτων υποβάθρου ενδέχεται να περιέχει και κάποια αρχέγονα βαρύτιμα κύματα με κωδικοποιημένες πληροφορίες από τη στιγμή της "γέννησης" του συμπαντός. Όπως και να έχει, όμως, η ανακάλυψη του NANOGrav collaboration σηματοδοτεί ένα νέο άνοιγμα στον χώρο της αστρονομίας και της κοσμολογίας. Ας υπενθυμίσουμε στους εαυτούς μας ότι το 1964, για πρώτη φορά στην ιστορία της ανθρωπότητας, έγινε η ταυτοποίηση σήματος της Κοσμικής Μικροκυματικής Ακτινοβολίας υποβάθρου (ΚΜΑΥ), μια εποχή που πιστεύαμε ότι η μελέτη του σύμπαντος ήταν ακατόρθωτη. Ωστόσο, 50 χρόνια αργότερα, με όργανα όπως το COBE, WMAP και Max Planck space telescope, καταφέραμε να χαρτογραφήσουμε την ΚΜΑΥ και να καταστήσουμε εφικτή την μελέτη του σύμπαντος ως ολότητα, εδραιώνοντας τον κλάδο της κοσμολογίας. Στις 28 Ιουνίου 2023, λοιπόν, ζήσαμε την πρώτη ταυτοποίηση σήματος από τα βαρυτικά κύματα υποβάθρου. Ποιος ξέρει τι μας επιφυλάσσει το μέλλον σε 50 χρόνια από τώρα. Ίσως ένα λεπτομερές χάρτι των αρχέγονων βαρυτικών κυμάτων υποβάθρου, ίσως και κάτι άλλο πέραν της φαντασίας μας. Το μόνο σίγουρο είναι ότι πλέον ένα νέο παράθυρο παρατήρησης του συμπαντός έχει ανοίξει και μας περιμένει να το παρακολουθήσουμε και να το εξερευνήσουμε.

 References:

1. Focus on NANOGrav's 15 yr Data Set and the Gravitational Wave Background
   The NANOGrav Collaboration link
2.  Scientists use Exotic Stars to Tune into Hum from Cosmic Symphony link