Μια επιβεβαίωση της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας

Αναδημοσίευση από την Καθημερινή

Οι μαύρες τρύπες έχουν την τιμητική τους φέτος, μετά την πρόσφατη άμεση ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων από το διεθνές πείραμα LIGO. Η παρατήρηση των δύο αστρικών μελανών οπών, που συγχωνεύτηκαν και κατέρρευσαν η μία πάνω στην άλλη, άνοιξε μια νέα εποχή στην αστρονομία. Παρόλα αυτά στο εργαστήριο του σύμπαντος η άμεση ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων δεν αποτελεί τον μοναδικό τρόπο επιβεβαίωσης της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας του Αϊνστάιν, που έκλεισε πρόσφατα τα εκατό της χρόνια.

Μια νέα έρευνα ενός διπλού συστήματος υπερμεγέθων μελανών οπών, γνωστού ως OJ287, που ανακοινώθηκε πριν από λίγες ημέρες από μια διεθνή επιστημονική ομάδα, πρόσφερε μια ακόμα επιβεβαίωση της Θεωρίας. Παρότι σκοπός της συγκεκριμένης έρευνας δεν ήταν να ανιχνευθούν βαρυτικά κύματα, οι αστροφυσικοί κατάφεραν να υπολογίσουν τον ρυθμό με τον οποίον αυτά εκπέμπονται και να προσθέσουν ένα σημαντικό λιθαράκι στην κατανόηση των μαύρων οπών και τη μελέτη των χαρακτηριστικών τους.

«Μέχρι πριν από μερικά χρόνια οι μελανές οπές ήταν τελείως θεωρητικά σώματα. Μέρα με τη μέρα όμως οι γνώσεις μας γι’ αυτές αυξάνονται και μας βοηθούν να τις απομυθοποιήσουμε», λέει στην «Κ» ο δρ Κοσμάς Γαζέας, από το Πανεπιστημιακό Αστεροσκοπείο Αθηνών, ο οποίος χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο του Πανεπιστημίου Αθηνών συνεισέφερε με χιλιάδες παρατηρήσεις στη συγκεκριμένη έρευνα. Η ερευνητική ομάδα που αποτελείται από θεωρητικούς και παρατηρησιακούς αστροφυσικούς, με επικεφαλής τον δρα Μάουρι Βαλτόνεν από το πανεπιστήμιο της πόλης Τούρκου στη Φινλανδία, δημοσίευσαν τα αποτελέσματά τους στις 10 Μαρτίου στο επιστημονικό περιοδικό «The Astrophysical Journal Letters».

Η εξαιρετικά μεγάλη μάζα των δύο αυτών μαύρων τρυπών, εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ηλιου, πρόσφερε στους επιστήμονες μια μοναδική ευκαιρία για να μελετήσουν άμεσα τις ιδιότητές τους.

«Σπάνια συναντάμε δύο τόσο μεγάλες μελανές οπές. Οταν έχουμε τόσο ισχυρά βαρυτικά πεδία μπορούμε να κάνουμε και πιο εξωτική αστροφυσική και να τεστάρουμε τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας», λέει ο δρ Γαζέας, ο οποίος διδάσκει στον τομέα της Αστροφυσικής, Αστρονομίας και Μηχανικής του Τμήματος Φυσικής του Πανεπιστημίου Αθηνών. «Μιλάμε στην ουσία για δύο ολόκληρους γαλαξίες που στο κέντρο τους έχουν υπερμεγέθεις μελανές οπές, οι οποίες σιγά-σιγά συγχωνεύονται, εκλύοντας βαρυτικά κύματα».

120 χρόνια καταγραφές

Παρότι το σύστημα ΟJ287 παρατηρείται και καταγράφεται εδώ και 120 χρόνια από τους αστρονόμους, ακόμη και μέχρι πριν από λίγες δεκαετίες οι επιστήμονες δεν γνώριζαν τι είναι αυτή η πηγή μεταβλητής φωτεινότητας που έβλεπαν στον ουρανό, η οποία απέχει από εμάς 3,5 δισ. έτη φωτός. Το να μετρήσει κανείς τη μάζα μιας μαύρης τρύπας δεν είναι σε καμία περίπτωση απλή διαδικασία, για τον απλό λόγο ότι οι μαύρες τρύπες δεν φαίνονται. Παρόλα αυτά, λόγω του πολύ ισχυρού βαρυτικού τους πεδίου δεν βρίσκονται σχεδόν ποτέ μόνες τους στο σύμπαν και σχηματίζουν γύρω τους κάτι σαν ρουφήχτρα. «Ως αποτέλεσμα αυτού του ισχυρού πεδίου μια μελανή οπή δημιουργεί γύρω της έναν φωτεινό δίσκο από ύλη, καθώς προσελκύει τα αστέρια που την περιβάλλουν», λέει ο δρ Γαζέας.

«Στην αστρονομία και στην παρατηρησιακή αστρονομία, ειδικότερα, είναι σημαντικό να συλλέγουμε το φως με έξυπνο τρόπο», εξηγεί. Καθώς περιστρέφεται η μία μαύρη τρύπα γύρω από την άλλη, οι δύο δίσκοι συγκρούονται περιοδικά, με αποτέλεσμα να αυξάνεται ξαφνικά η ύλη τους, να ανεβαίνει η θερμοκρασία τους και να εμφανίζεται μια φωτεινή έκλαμψη, ορατή σε όλα σχεδόν τα μήκη κύματος. «Αυτή η διακύμανση της φωτεινότητας μας πρόσφερε πληροφορίες σχετικά με το κάθε πότε αυτές οι δύο μελανές οπές πλησιάζουν και πότε απομακρύνονται η μία από την άλλη. Παρατηρώντας αυτό το φαινόμενο είναι σαν να παρατηρούμε ευθέως την εφαρμογή της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας», προσθέτει ο δρ Γαζέας.

Για δέκα χρόνια, η συγκεκριμένη ερευνητική ομάδα, χρησιμοποιούσε πλήθος μικρών και μεγάλων τηλεσκοπίων, που ήταν διασκορπισμένα σε όλα τα μήκη και τα πλάτη της Γης. «Η παρατήρηση μπορεί να γίνει μόνο κατά τη διάρκεια της νύχτας. Προκειμένου όμως να έχουμε συνεχόμενη 24ωρη παρατήρηση του φαινομένου, χρειαζόμασταν τηλεσκόπια σε κάθε μεριά του πλανήτη», λέει ο δρ Γαζέας, ο οποίος για τις παρατηρήσεις του χρησιμοποίησε ένα ρομποτικό και τηλεχειριζόμενο οπτικό τηλεσκόπιο διαμέτρου 40 εκατοστών.

Χρησιμοποιώντας διάφορες μεθόδους συλλογής πληροφορίας, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το διπλό σύστημα ΟJ287 αποτελείται από μια εξαιρετικά μεγάλη μαύρη τρύπα μάζας 18 δισ. ηλιακών μαζών και μια άλλη 150 εκατ. ηλιακών μαζών, που εκτελούν μια ελλειπτική τροχιά με περίοδο 12 ετών. Μετά μία δεκαετία έρευνας, η οποία ξεκίνησε το 2006, οι επιστήμονες κατάφεραν να προσδιορίσουν την τροχιά του συστήματος με τεράστια ακρίβεια και να προβλέψουν ότι στις αρχές Δεκεμβρίου 2015 θα συνέβαινε μια μεγάλη έκλαμψη. Η πρόβλεψη αυτή επαληθεύτηκε, όταν το διπλό σύστημα των μαύρων τρυπών έφτασε στο μέγιστο της φωτεινότητάς του στις 5 Δεκεμβρίου 2015. Με τις παρατηρήσεις αυτές μετρήθηκε με ακρίβεια και η στροφορμή των μαύρων τρυπών και διαπιστώθηκε ότι συμφωνεί απόλυτα με τις προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας.

«Η μέτρηση της στροφορμής μιας μαύρης τρύπας είναι κάτι που σπάνια μπορεί να πραγματοποιηθεί», λέει στην «Κ» η αστροφυσικός Καλλιόπη Δασύρα, από το Αστεροσκοπείο του Παρισιού και το Πανεπιστήμιο Αθηνών, η οποία δεν συμμετείχε στην παραπάνω έρευνα. «Δεδομένου ότι μετρήσεις της στροφορμής έχουν γίνει για έναν αριθμό μαύρων τρυπών της τάξεως της δεκάδας και γενικότερα ο αριθμός πειραμάτων που αφορούν τη Σχετικότητα είναι ακόμα περιορισμένος, η συγκεκριμένη μελέτη είναι πράγματι σημαντική», προσθέτει.

Το επόμενο «ραντεβού» της ερευνητικής ομάδας έχει κλειστεί για τον Ιούνιο του 2019, ώστε να παρατηρήσουν συγχρόνως, από κάθε γωνιά της Γης την επόμενη έκλαμψη αυτού του συστήματος. «Η μελανή οπή παύει να είναι ένα θεωρητικό αστροφυσικό αντικείμενο. Είναι αποδεδειγμένο ότι υπάρχει, τη βλέπουμε, τη μελετάμε και ξέρουμε πλέον τις ιδιότητές της», λέει ο δρ Γαζέας.

 

Πηγή: Καθημερινή