Νέα εποχή για την αστρονομία: Επαναστατική ανακάλυψη βαρυτικών κυμάτων από συγχώνευση άστρων νετρονίων

Οι επιστήμονες από τις ΗΠΑ και την Ευρώπη ανακοίνωσαν ότι για πρώτη φορά ανίχνευσαν στη Γη βαρυτικά κύματα από το διάστημα, τα οποία προέρχονται από τη συγχώνευση δύο άστρων νετρονίων (πάλσαρ) και όχι μαύρων τρυπών, όπως είχε συμβεί σε όλες τις προηγούμενες περιπτώσεις. Επιπλέον, για πρώτη φορά εντόπισαν και παρατήρησαν με τηλεσκόπια την ισχυρή ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που συνόδευε το κοσμικό αυτό φαινόμενο.

Το γεγονός θεωρήθηκε πολύ σημαντικό, ώστε να ανακοινωθεί με ταυτόχρονες συνεντεύξεις και στις δύο πλευρές του Ατλαντικού, σε Ουάσινγκτον, Λονδίνο και Γκάρτσινγκ Γερμανίας.

Όχι μόνο οι ερευνητές των δύο αμερικανικών ανιχνευτών LIGO και του ευρωπαϊκού Virgo έκαναν την ανίχνευση των ίδιων των βαρυτικών κυμάτων, αλλά στη συνέχεια 70 επίγεια και διαστημικά τηλεσκόπια κατέγραψαν το φως που εκπέμφθηκε από τη πηγή των βαρυτικών κυμάτων τις επόμενες ώρες, μέρες και εβδομάδες.

Το επίτευγμα αυτό, όπως τονίστηκε από τους επιστήμονες, σηματοδοτεί τη γέννηση μιας νέου τύπου αστρονομίας. Ήδη, χάρη στις νέες παρατηρήσεις, προέκυψαν μια σειρά από άλλες ανακαλύψεις, όπως η λύση στο μυστήριο των εκρήξεων ακτίνων γάμα (Gamma-Ray Bursts-GRBs), καθώς από την ίδια πηγή των βαρυτικών κυμάτων, τη συγχώνευση των δύο άστρων νετρονίων, καταγράφηκε μια τέτοια έκρηξη ισχυρής ακτινοβολίας. Αυτό, κατά τους αστροφυσικούς, σημαίνει ότι τουλάχιστον μερικές GRBs γεννιούνται, παράλληλα με τα βαρυτικά κύματα (τις «ρυτιδώσεις» στον ιστό του χωροχρόνου), από τέτοια κατακλυσμικά κοσμικά φαινόμενα.

Ρίχνουν φως στην προέλευση βαρύτερων χημικών στοιχείων όπως ο χρυσός και η πλατίνα
Άλλοι επιστήμονες μπόρεσαν να ρίξουν φως στην προέλευση των βαρύτερων χημικών στοιχείων (μολύβδου, χρυσού, πλατίνας κ.ά), αλλά και να κάνουν μια νέα εκτίμηση του ρυθμού επέκτασης του σύμπαντος. Όλα αυτά ξεκίνησαν από την αρχική ανίχνευση, στις 17 Αυγούστου φέτος, ενός νέου τύπου σήματος βαρυτικών κυμάτων, το οποίο διήρκεσε πολύ περισσότερο (περίπου 100 δευτερόλεπτα) από ό,τι τα προηγούμενα βαρυτικά κύματα από μαύρες τρύπες (μόλις ένα κλάσμα του δευτερολέπτου). Αυτό έκανε τους επιστήμονες να καταλάβουν ότι η πηγή του σήματος ήταν διαφορετική αυτή τη φορά. Η λεπτομερής ανάλυση των στοιχείων έδειξε ότι οι μάζες των δύο αντικειμένων ήσαν περίπου 1,1 έως 1,6 φορές μεγαλύτερες του Ήλιου, αντιστοιχώντας σε μάζες άστρων νετρονίων.

Τα άστρα νετρονίων είναι απομεινάρια τεράστιων άστρων, που στο τέλος της ζωής τους εκρήγνυνται ως σούπερ-νόβα.

Μετά την έκρηξη παραμένει μόνο ένας –περιστρεφόμενος σαν σβούρα– τρομερά πυκνός πυρήνας αποτελούμενος, σχεδόν μόνο από νετρόνια. Το άστρο αυτό, που δεν είναι μεγαλύτερο από μια πόλη, έχει τόση πυκνότητα, ώστε ένα κουταλάκι της ύλης του ζυγίζει σχεδόν ένα δισεκατομμύριο τόνους.

Όπως και τα κανονικά άστρα, τα άστρα νετρονίων συχνά υπάρχουν σε ζευγάρια, με το ένα άστρο σε ολοένα πιο κοντινή τροχιά γύρω από το άλλο, χάνοντας σταδιακά ενέργεια με τη μορφή βαρυτικών κυμάτων έως ότου τελικά συγχωνεύονται. Όταν αυτό συμβεί –όπως αντίστοιχα και με τις μαύρες τρύπες– τρομερά ποσά ενέργειας και ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, ορατής και μη (ορατό φως, υπέρυθρο, ακτίνες-Χ κ.ά.), εκτοξεύονται στο διάστημα μαζί με τα βαρυτικά κύματα.

Μόλις δύο δευτερόλεπτα μετά την ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων από τα επίγεια παρατηρητήρια LIGO και Virgo, το διαστημικό τηλεσκόπιο Fermi της NASA κατέγραψε μια ισχυρότατη έκρηξη ακτίνων γάμμα (GRB) σε μια περιοχή –στον αστερισμό του Ύδρου στο νότιο ημισφαίριο του ουρανού της Γης– από όπου εκτιμάται ότι προήλθαν τα βαρυτικά κύματα, μια σαφής ένδειξη ότι τα δύο συμβάντα συνδέονταν. Την έκρηξη GRB κατέγραψε και ο δορυφόρος Integral του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA).

Στη συνέχεια, δεκάδες τηλεσκόπια ειδοποιήθηκαν να στρέψουν τα «μάτια» τους προς εκείνη την κατεύθυνση. Μετά από 12 ώρες, εντοπίσθηκε ένα νέο φωτεινό σημείο, που δεν υπήρχε έως εκείνη τη στιγμή, στον γαλαξία NGC4993, σε απόσταση 130 εκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη. Το εύρημα επιβεβαιώθηκε και από πολλά άλλα τηλεσκόπια, μεταξύ των οποίων από το διαστημικό Hubble και τα επίγεια του Ευρωπαϊκού Νοτίου Αστεροσκοπείου (ESO) στη Χιλή.

Οι φασματοσκοπικές αναλύσεις που ακολούθησαν, έδειξαν ότι δεν επρόκειτο για έκρηξη σούπερ-νόβα, αλλά για ένα φαινόμενο που δεν είχε ποτέ παρατηρηθεί στο παρελθόν. Το φαινόμενο είχε αρχικά μπλε χρώμα και μετά κόκκινο, ώσπου έγινε πολύ αχνό για να είναι ορατό, δείχνοντας έτσι ότι μια πολύ καυτή ύλη ψυχράνθηκε γρήγορα και έχασε τη φωτεινότητά της.

Νέος τρόπος για να περιγραφεί ο ρυθμός επέκτασης του σύμπαντος
Σύμφωνα με τα θεωρητικά μοντέλα, πυρηνικές αντιδράσεις συμβαίνουν στην ύλη που εκτινάσσεται στο διάστημα κατά τη συγχώνευση δύο άστρων νετρονίων, παράγοντας έτσι ατομικούς πυρήνες βαρύτερους από τον σίδηρο (χρυσού, μολύβδου κά). Αυτή η καυτή ραδιενεργή ύλη διαχέεται στο διάστημα εκπέμποντας φως σε πολλά μήκη κύματος, ένα φαινόμενο γνωστό ως «κιλονόβα». Αυτή η διαδικασία, με την οποία στο σύμπαν παράγονται βαριά στοιχεία και η οποία έως τώρα ήταν μόνο θεωρητική, πιστεύεται ότι παρατηρήθηκε για πρώτη φορά και έτσι επιβεβαιώθηκε. Ακόμη, οι επιστήμονες βρήκαν ένα νέο τρόπο για να μετρήσουν τη «σταθερά του Χαμπλ», που περιγράφει τον ρυθμό επέκτασης του σύμπαντος.

Η νέα εκτίμηση είναι, ότι το σύμπαν επεκτείνεται με ρυθμό περίπου 70 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο ανά παρσέκ, που συμβαδίζει με τις έως τώρα εκτιμήσεις.

Όλα τα παραπάνω (και πολλά περισσότερα) περιέχονται σε πολλές επιστημονικές δημοσιεύσεις από χιλιάδες εμπλεκόμενους επιστήμονες (μεταξύ των οποίων και Έλληνες του εξωτερικού, όπως η αστροφυσικός Βίκυ Καλογερά του Πανεπιστημίου Nortwestern του Σικάγο), που έγιναν σε τέσσερα επιστημονικά περιοδικά (Nature, Nature Astronomy, Physical Review Letters, The Astrophysical Journal Letters). Η πρώτη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων από μαύρες τρύπες είχε γίνει στις 14 Σεπτεμβρίου 2015 και, μετά την επιβεβαίωσή της, είχε ανακοινωθεί στις 11 Φεβρουαρίου 2016.΄Εκτοτε ανιχνεύθηκαν άλλες τρεις φορές βαρυτικά κύματα.

• Πηγή: ΑΠΕ-ΜΠΕ.