Νέα αστρική ανακάλυψη με ελληνική συμμετοχή καθηγητή του ΑΠΘ

Σύμφωνα με το διάσημο δίδαγμα του Αλχημιστή του Πάουλο Κοέλιο «όταν επιδιώξεις κάτι, όλο το σύμπαν συνωμοτεί, για να γίνει όπως επιθυμείς». Στο πραγματικό Σύμπαν χρειάστηκε να «συνωμοτήσει» το ένα τρίτο όλων των αστρονόμων παγκοσμίως, προκειμένου τη Δευτέρα 16 Οκτωβρίου, στις 5:00 μ.μ. ώρα Ελλάδος, ο κόσμος όλος να πληροφορηθεί μία πολύ σπουδαία -και πολυαναμενόμενη για την Επιστήμη της Αστροφυσικής- ανακάλυψη, την ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων από την σύγκρουση αστέρων νετρονίων.

«Από τα μέσα Αυγούστου, που πληροφορήθηκα την πρώτη αυτή παρατήρηση και μέχρι σήμερα ακόμη νιώθω κατάπληξη, θαυμασμό και ικανοποίηση», λέει σε συνέντευξη, που παραχώρησε στο Αθηναϊκό- Μακεδονικό Πρακτορείο Ειδήσεων, ο Καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ Νικόλαος Στεργιούλας, ο οποίος τα τελευταία είκοσι χρόνια δραστηριοποιείται ερευνητικά σε θέματα συναφή με την παρατήρηση που έγινε.

«Μιλάμε πλέον για μια νέα Αστρονομία Πολλαπλής Πληροφορίας, όπου ένα αστροφυσικό φαινόμενο παρατηρείται με όλους, σχεδόν, τους δυνατούς τρόπους», επισημαίνει ο καθηγητής, ενώ εκτιμά πως στο κοντινό μέλλον θα ενταθεί το «παιχνίδι» της αναζήτησης της σκοτεινής ύλης, καθώς, όπως εξηγεί, είναι απαραίτητο να εξηγηθούν οι παρατηρήσεις, που υποδεικνύουν την ύπαρξή της, ώστε να υπάρξει περαιτέρω πρόοδος στη θεωρητική κοσμολογία. Όσο για το «Άγιο Δισκοπότηρο» της επιστήμης του εκτιμά πως «μετά τη θριαμβευτική επαλήθευση της ύπαρξης μελανών οπών και της παρατήρησης βαρυτικών κυμάτων, θα είναι η πιθανή ανακάλυψη ενδείξεων για την κβαντική βαρύτητα».

«Νέα ανακάλυψη με ελληνική συμμετοχή»

Η ανίχνευση του νέου είδους των βαρυτικών κυμάτων, σύμφωνα με τον καθηγητή, υπήρξε θρίαμβος για τη Γενική Θεωρία Σχετικότητας του Einstein. Το βέβαιο είναι πως έχει δρομολογήσει νέες ανακαλύψεις στο «ταξίδι» της εξερεύνησης των απαρχών του Σύμπαντος. Ήδη, διεθνής ομάδα επιστημόνων από τη Γερμανία, την Ελλάδα και την Ιαπωνία, στην οποία συμμετέχει και ο κ. Στεργιούλας, κατάφερε αποκαλύψει το ελάχιστο μέγεθος των αστέρων νετρονίων.

Ειδικότερα, η ομάδα κατάφερε να θέσει ένα αυστηρό όριο στο ελάχιστο μέγεθος των αστέρων νετρονίων, με τη βοήθεια λεπτομερών προσομοιώσεων σε υπερυπολογιστή. Λαμβάνοντας υπόψη τη θεωρία της σχετικότητας, κατέληξε πως η ακτίνα ενός αστέρα νετρονίων πρέπει να είναι αυστηρώς μεγαλύτερη από 10,7 χιλιόμετρα. Με βάση το αποτέλεσμα αυτό, περιορίζονται οι πιθανές καταστάσεις της ύλης στο εσωτερικό των αστέρων νετρονίων.

«Η συγχώνευση ενός ζεύγους αστέρων νετρονίων συμβαίνει εξαιτίας της εκπομπής βαρυτικής ακτινοβολίας. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται ένα πολύ βαρύ αστέρι που μπορεί να επιβιώσει προσωρινά, πριν καταρρεύσει και μετατραπεί σε περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα», εξηγεί ο κ. Στεργιούλας.

Η νέα μέθοδος εκτιμάται πως θα επιτρέψει ακόμη καλύτερο περιορισμό της ακτίνας των αστέρων νετρονίων με μελλοντικές παρατηρήσεις συγχώνευσης ζευγών μεγαλύτερης μάζας. Αυτό αναμένεται να επιτευχθεί, όταν τεθούν ξανά σε λειτουργία οι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων LIGO στις ΗΠΑ και VIRGO στην Ιταλία. Ο ακριβής προσδιορισμός της ακτίνας των αστέρων νετρονίων θα μπορούσε να επιτευχθεί με ανιχνευτές τρίτης γενιάς.

Ο κ. Στεργιούλας συμμετέχει στη διοίκηση του Επιστημονικού Φόρουμ για την υποστήριξη του ανιχνευτή VIRGO, καθώς και σε μια νέα, διεθνή ομάδα εργασίας, που μελετά την επιστημονική αξιοποίηση του μελλοντικού ανιχνευτή τρίτης γενιάς Einstein Telescope.

Αξίζει να σημειωθεί, ότι μέρος των προσομοιώσεων έγινε στον νέο υπερυπολογιστή ARIS του Εθνικού Δικτύου Έρευνας και Τεχνολογίας (ΕΔΕΤ), στην Αθήνα.

Τα αποτελέσματα της διεθνούς ερευνητικής ομάδας δημοσιεύθηκαν στην τελευταία έκδοση του έγκριτου διεθνούς περιοδικού «Astrophysical Journal Letters».

Ακολουθεί το πλήρες κείμενο της συνέντευξης του καθ. Ν. Στεργιούλα στο ΑΠΕ-ΜΠΕ:

Ερώτηση: Πριν από λίγες ημέρες είχαμε την πέμπτη -από την ιστορική πρώτη της 14ης Σεπτεμβρίου 2015- επιβεβαιωμένη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων από δύο μαύρες τρύπες. Μπορούμε να πούμε πως πρόκειται πλέον για μία παρατήρηση ρουτίνας;

Απάντηση:

Πράγματι, έχουμε πλέον ένα αρκετά μεγάλο δείγμα παρατηρήσεων της συγχώνευσης δύο μελανών οπών και μάλιστα με αρκετά διαφορετικές μάζες και σε διαφορετικές αποστάσεις. Στο κοντινό μέλλον, οι ανιχνευτές LIGO και VIRGO θα λειτουργήσουν με καλύτερη ευαισθησία και οι παρατηρήσεις αυτές θα γίνονται σε πολύ τακτική βάση. Αυτό θα επιτρέψει να γίνει μια πολύ καλή στατιστική ανάλυση τέτοιων παρατηρήσεων, με σημαντικές συνέπειες για την κοσμολογία.

Ερ.: Τι σηματοδοτεί για την αστρονομία και την εξερεύνηση των απαρχών του Σύμπαντος η ανακάλυψη των πρώτων βαρυτικών κυμάτων από συγχώνευση δύο άστρων νετρονίων;

Απ.: Η συγχώνευση ενός ζεύγους αστέρων νετρονίων συνοδεύεται, πέρα από την εκπομπή βαρυτικών κυμάτων και από ισχυρότατη εκπομπή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σε όλο σχεδόν το γνωστό φάσμα. Άρα, μιλάμε πλέον για μια νέα Αστρονομία Πολλαπλής Πληροφορίας (Multi-Messenger Astronomy), όπου ένα αστροφυσικό φαινόμενο παρατηρείται με όλους, σχεδόν, τους δυνατούς τρόπους. Με την πρώτη ανίχνευση, μάλιστα, επαληθεύθηκε με μεγάλη ακρίβεια ότι τα βαρυτικά κύματα ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός. Αυτό ισοδυναμεί με έναν θρίαμβο για τη Γενική Θεωρία Σχετικότητας του Einstein και ήδη πολλά κοσμολογικά μοντέλα που βασίζονταν σε συγκεκριμένες εναλλακτικές θεωρίες βαρύτητας έχουν αποκλεισθεί

Ερ.: Τι σήμανε για εσάς προσωπικά ανακοίνωση της ανίχνευσης των βαρυτικών κυμάτων από την σύγκρουση αστέρων νετρονίων;

Απ:

Από τα μέσα Αυγούστου που πληροφορήθηκα την πρώτη αυτή παρατήρηση και μέχρι σήμερα ακόμη νιώθω κατάπληξη, θαυμασμό και ικανοποίηση. Κατάπληξη, διότι όσοι ασχολούμαστε με το συγκεκριμένο θέμα περιμέναμε την πρώτη παρατήρηση (και μάλιστα μια παρατήρηση που θα συνοδεύεται από παρατήρηση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας) να συμβεί σε κάποια χρόνια από σήμερα. Θαυμασμό, διότι το ένα τρίτο όλων των αστρονόμων παγκοσμίως λειτούργησε με αξιοθαύμαστο τρόπο και κατάφεραν μέσα σε δύο μόλις μήνες να παρουσιάσουν μια λεπτομερή ανάλυση όλων των παρατηρήσεων που ελήφθησαν από πλήθος διαστημικών και επίγειων τηλεσκοπίων. Αυτό αποδεικνύει ότι όταν υπάρχει ένας κοινός σκοπός, είναι δυνατό μεγάλος αριθμός ατόμων από όλες τις ηπείρους να λειτουργήσουν αποτελεσματικά και με άψογο συντονισμό. Και τέλος, ικανοποίηση, διότι τα τελευταία είκοσι χρόνια δραστηριοποιούμαι ερευνητικά σε θέματα πολύ συναφή με την παρατήρηση που έγινε και υπάρχει τώρα η βεβαιότητα ότι πολλά θεωρητικά αποτέλεσμα, όπως οι ταλαντώσεις των αστέρων νετρονίων, θα γίνουν πλέον αντικείμενο παρατηρήσεων.

Ερ.: Πώς θα εξηγούσατε σε κάποιον με στοιχειώδεις γνώσεις αστροφυσικής την αξία της ανακάλυψης, που έκανε η επιστημονική ομάδα, της οποίας είστε μέλος, για το ελάχιστο μέγεθος των αστέρων νετρονίων; Σε τι θα χρησιμεύσει στη συνέχεια;

Απ.: Οι αστέρες νετρονίων είναι τα πιο συμπαγή σώματα στο Σύμπαν, όπου υπάρχει ύλη σε πολύ υψηλές πυκνότητες. Με επίγεια πειράματα, δεν έχουμε ακόμη καταφέρει να κατανοήσουμε τις ιδιότητες της ύλης σε τόσο υψηλές πυκνότητες κι έτσι υπάρχουν πολλές ανταγωνιστικές θεωρίες για την περιγραφή της. Εμείς συνδυάσαμε την πρώτη παρατήρηση συγχώνευσης ενός ζεύγους αστέρων νετρονίων με πολλές προσομοιώσεις που είχαμε διεξαγάγει τα προηγούμενα χρόνια και απαιτώντας να ισχύει η θεωρία σχετικότητας στο εσωτερικό των αστέρων αυτών καταφέραμε να θέσουμε ένα αυστηρό όριο στο ελάχιστο μέγεθος που μπορεί να έχουν αυτοί οι αστέρες. Ως συνέπεια, αποκλείσαμε ήδη κάποιες θεωρίες για τη συμπεριφορά της ύλης σε υψηλές πυκνότητες. Δηλαδή, εκεί που δε μπορούν να δώσουν απαντήσεις τα επίγεια πειράματα, δόθηκε απάντηση μέσω της μεθόδου μας. Μάλιστα, η μέθοδος που επινοήσαμε, μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε συνδυασμό με μελλοντικές παρατηρήσεις, για να θέσει ακόμη πιο αυστηρά όρια τόσο στο ελάχιστο, όσο και στο μέγιστο μέγεθος των αστέρων νετρονίων. Αναμένουμε, λοιπόν, ότι στο κοντινό μέλλον θα επιτύχουμε μια πολύ καλύτερη κατανόηση των ιδιοτήτων της ύλης σε πυκνότητες μεγαλύτερες της πυρηνικής.

Ερ.: Η ανίχνευση των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης θα είναι η επόμενη μεγάλη ανακάλυψη; Υπάρχει κάτι νεότερο εκτός από την έμμεση τεκμηρίωση της ύπαρξης της σκοτεινής ύλης, μέσω των βαρυτικών επιδράσεων που ασκεί στις κινήσεις των γαλαξιών;

Απ.: Η πιθανή ύπαρξη της σκοτεινή ύλης στηρίζεται σε πλήθος παρατηρήσεων που δεν μπορούν να εξηγηθούν εύκολα. Μέχρι σήμερα, έχουν διεξαχθεί πολλά πειράματα για την ανίχνευσή της, χωρίς όμως να έχει προκύψει, ακόμη, κάποιο ασφαλές συμπέρασμα. Στο κοντινό μέλλον, η αναζήτηση της σκοτεινής ύλης θα ενταθεί και οπωσδήποτε είναι απαραίτητο να εξηγηθούν οι παρατηρήσεις που υποδεικνύουν την ύπαρξή της, ώστε να υπάρξει περαιτέρω πρόοδος στη θεωρητική κοσμολογία.

Ερ.: Εσείς ποιο θεωρείτε ως το «Άγιο Δισκοπότηρο» της Επιστήμης σας;

Απ.: Μετά τη θριαμβευτική επαλήθευση της ύπαρξης μελανών οπών και της παρατήρησης βαρυτικών κυμάτων, θεωρώ πως ο επόμενος σημαντικός σταθμός θα είναι η πιθανή ανακάλυψη ενδείξεων για την κβαντική βαρύτητα. Μέχρι σήμερα, υπάρχουν αρκετές θεωρίες που επιχειρούν να συνδυάσουν με συνέπεια τη γενική θεωρία σχετικότητας, δηλαδή τη θεωρία βαρύτητας, με την κβαντομηχανική. Ακόμη όμως, δεν υπάρχει η παραμικρή πειραματική ή παρατηρησιακή ένδειξη που θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για να ελεγχθούν οι θεωρίες αυτές. Υπάρχει όμως η αίσθηση, ότι στο φυσικό Σύμπαν η ύλη δε μπορεί να συγκεντρώνεται σε ένα μαθηματικό σημείο με απειροστά μικρές διαστάσεις στο κέντρο μιας μελανής οπής, όπως προβλέπει η κλασική θεωρία σχετικότητας, αλλά ότι, αντιθέτως, κβαντομηχανικά φαινόμενα θα εξομαλύνουν τους απειρισμούς. Φαινόμενα που σχετίζονται με την κβαντική βαρύτητα θα μπορούσαν να υπάρχουν και στον ορίζοντα μιας μελανής οπής αλλά και, υποθετικά, θα μπορούσαν να έχουν αντίκτυπο στα βαρυτικά κύματα που εκπέμπονται κατά τη συγχώνευση μελανών οπών. Η αναμενόμενη ραγδαία ανάπτυξη της Αστρονομίας Βαρυτικών Κυμάτων κατά τα επόμενα χρόνια θα συμβάλει, πιθανώς καθοριστικά, στην αναζήτηση ενδείξεων για την θεμελίωση της κβαντικής βαρύτητας.

Πηγή: ΑΠΕ, Σμαρώ Αβραμίδου