Παγκόσμια πρώτη για το ΑΠΘ, στην ανίχνευση νέας υποψήφιας πηγής βαρυτικών κυμάτων

Ήταν Τετάρτη 20 Σεπτεμβρίου 2023, 10.11 το πρωί, ώρα Ελλάδος. Μία ιστορική στιγμή για ερευνητική ομάδα ελληνικού πανεπιστημίου και μια στιγμή απερίγραπτης χαράς για τον καθηγητή του Τμήματος Φυσικής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, Νίκο Στεργιούλα.

Ήταν η πρώτη φορά που η ανίχνευση μιας νέας υποψήφιας πηγής βαρυτικών κυμάτων από τους ανιχνευτές LIGO στις ΗΠΑ ανακοινώθηκε από ερευνητές ελληνικού πανεπιστημίου, μέσω του General Coordinates Circular (GCN) της NASA! Η ανακοίνωση (με πρώτη εκτίμηση σφάλματος 1 στα 100 χρόνια) αφορά την πιθανή ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων από τη συγχώνευση ενός διπλού συστήματος μελανών οπών και στάλθηκε μέσω του GCN, από τον κ. Στεργιούλα.

«Η τυχερή βάρδια… που το Σύμπαν συνωμότησε ελληνικά»

«Είχα τη μεγάλη χαρά να στείλω την ανακοίνωση. Είναι η πρώτη φορά που στάλθηκε από ελληνικό πανεπιστήμιο», δήλωσε στο ΑΠΕ-ΜΠΕ ο κ. Στεργιούλας -εμφανώς συγκινημένος-ενθυμούμενος ότι «ξεκίνησα ως θεωρητικός αστροφυσικός, το διδακτορικό μου ήταν στη θεωρητική και υπολογιστική μελέτη στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας και σε αυτό το αντικείμενο εργάστηκα τα περισσότερα χρόνια, όμως από το 2015 που για πρώτη φορά ανιχνεύτηκαν βαρυτικά κύματα είχα την επιθυμία να συμμετάσχω σε μια πραγματική ανακάλυψη, να νοιώσω αυτή τη χαρά που νοιώθει κάποιος όταν ανακαλύπτει κάτι καινούριο και δεν το μελετάει μόνο θεωρητικά».

«Πήραμε μεγάλη χαρά, γιατί είμαστε τρία χρόνια σε αυτό το πείραμα (σ.σ. το διεθνές πείραμα ανίχνευσης βαρυτικών κυμάτων LIGO-Virgo-KAGRA) ως ομάδα, αλλά ήταν σε φάση αναβάθμισης οι πειραματικές διατάξεις. Οι παρατηρήσεις μέσα από βάρδιες των ερευνητικών ομάδων ξεκίνησαν περί τα τέλη Μάιου, φέτος. Υπάρχουν πλέον ανιχνεύσεις βαρυτικών κυμάτων περίπου δύο φορές την εβδομάδα κατά μέσο όρο και με βάση την αναβάθμιση που κάναμε υπολογίζουμε ότι θα υπάρχουν και πιο συχνά και στα τέλη του 2024 ευελπιστούμε να έχουμε κάποια ανίχνευση περίπου ανά μιάμιση μέρα», εξήγησε ο καθηγητής.

«Είναι η πρώτη φορά που ερευνητική ομάδα από ελληνικό πανεπιστήμιο συμμετέχει σε ανιχνεύσεις βαρυτικών κυμάτων», πρόσθεσε, διευκρινίζοντας ότι «η διαδικασία που ακολουθείται είναι ότι υπάρχει η λεγόμενη βάρδια, δηλαδή ανά 8 ώρες εναλλάσσεται ο υπεύθυνος που παρακολουθεί πώς εξελίσσεται το πείραμα, αν υπάρχει κάποια ανίχνευση και μετά είναι υπεύθυνος να συντονίσει την επεξεργασία των δεδομένων, να συγκαλέσει συμβούλιο με άλλους ερευνητές, και να εκδώσει τελικά ανακοίνωση μέσω της υπηρεσίας GCN της NASA».

Η Ομάδα του ΑΠΘ τα τελευταία δύο χρόνια συμμετέχει σε όλες τις δημοσιεύσεις του πειράματος και η χθεσινή ανίχνευση θα αναλυθεί περαιτέρω και πρόκειται να συμπεριληφθεί σε μελλοντική δημοσίευση του πειράματος, στην οποία και θα συμμετέχει. Οι ανακοινώσεις της υπηρεσίας GCN της NASA αποστέλλονται και ανακοινώνονται διαδικτυακά προς όλους τους αστρονόμους παγκοσμίως, ώστε να έχουν την ευκαιρία να κάνουν επιπλέον παρατηρήσεις κάποιας νέας πηγής με την ελπίδα να βρεθεί κι άλλου είδους ακτινοβολία από μια τέτοια συγχώνευση, όπως συνέβη το 2017 με τη συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίου.

«Στο παγκόσμιο πείραμα ανίχνευσης βαρυτικών κυμάτων συμμετέχουν ερευνητές από την Αμερική μέσω ανιχνευτών Ligo, από την Ευρώπη μέσω Virgo στον οποίο ανήκουμε, από την Ασία όπου έχουμε στην Ινδία τον LIGO India και στην Ιαπωνία τον Kagra, ενώ υπάρχουν και στην Αυστραλία. Στη διάρκεια ενός 24ωρου υπάρχουν τρεις οκτάωρες βάρδιες πους συμπίπτουν με την αντίστοιχη ηλιοφάνεια σε κάθε ήπειρο. Εμείς ξεκινάμε πρωί μέχρι το απόγευμα, μετά η παρατήρηση συνεχίζεται από την Ασία και την Αμερική», διευκρίνισε ο κ.Στεργιούλας. Μέλη της ομάδας του είχαν αρκετές βάρδιες στη διάρκεια καλοκαιριού αλλά χθες ήταν η πρώτη φορά το σύμπαν …συνωμότησε υπέρ τους και έγινε η ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων.

«Η εθνική ομάδα των …διαστημικών επιτυχιών»

Η ερευνητική ομάδα βαρυτικών κυμάτων του κ. Στεργιούλα στο ΑΠΘ είναι πολυάριθμη, ενώ έχει και δύο ερευνητές από Αθήνα. Επικεντρώνεται τα τελευταία χρόνια στην εφαρμογή της Μηχανικής Μάθησης στην Αστρονομία Βαρυτικών Κυμάτων, σε συνεργασία με την ερευνητική ομάδα Βαθιάς Μάθησης του καθηγητή Αναστασίου Τέφα στο Τμήμα Πληροφορικής του ΑΠΘ. Η ομάδα συμμετέχει στο διεθνές πείραμα βαρυτικών κυμάτων LIGO-Virgo-KAGRA καθώς και στον διαστημικό ανιχνευτή LISA της ESA.

Το διπλό σύστημα μελανών οπών που με πιθανότητα μεγαλύτερη του 99% συγχωνεύτηκε θα έπρεπε να βρίσκεται σε απόσταση περίπου 10 δισεκατομμυρίων ετών φωτός. Δηλαδή, τα βαρυτικά κύματα θα πρέπει να ξεκίνησαν το ταξίδι τους όταν το Σύμπαν ήταν κατά πολύ νεότερο, για να φτάσουν σήμερα στη Γη και να ανιχνευτούν στις 10:11 π.μ. ώρα Ελλάδος από τους ανιχνευτές LIGO.

«Δημιουργήσαμε την ομάδα βαρυτικών κυμάτων στο ΑΠΘ, σε συνεργασία με τον συνάδελφο Αναστάσιο Τέφα, καθηγητή του Τμήματος Πληροφορικής που ειδικεύεται στη βαθειά μάθηση (Deep learning). Δημιουργήσαμε την ομάδα το 2020 και πλέον επικεντρωνόμαστε σε εξελιγμένους αλγορίθμους για την ανάλυση δεδομένων που παράγουν τα πειράματα ανίχνευσης βαρυτικών κυμάτων. Στην πράξη έχουμε δημιουργήσει έναν κώδικα μηχανικής μάθησης που αυτοματοποιεί τη διαδικασία της ανίχνευσης βαρυτικών κυμάτων, τον οποίο αυτή τη στιγμή τον ελέγχουμε με βάση παλαιότερες ανιχνεύσεις και ευελπιστούμε ότι σύντομα θα μπει στην πραγματική παραγωγή», επισήμανε ο κ. Στεργιούλας.

Υπάρχουν αρκετές ερευνητικές ομάδες στο εξωτερικό που προσπαθούν να δημιουργήσουν τέτοιους κώδικές, όμως ο κώδικας που ανέπτυξε η ομάδα του ΑΠΘ ήταν εκείνος που διακρίθηκε ως ο καλύτερος ανάμεσα σε τέσσερις που έγιναν δεκτοί σε διαγωνιστική διαδικασία που διοργάνωσε το Ινστιτούτο Max Planck στη Γερμανία. «Ο δικός μας κώδικας ξεχώρισε πετυχαίνοντας την καλύτερη επίδοση σε σχέση με άλλους και υπήρξε και η σχετική δημοσίευση. Θέλω να εξάρω την κρίσιμη συμβολή της Δρ Παρασκευής Νούση, μέλους της ομάδας Τέφα που έγραψε τον συγκεκριμένο κώδικα. Μετά τη ανακοίνωση των αποτελεσμάτων του διαγωνισμού μας ανατέθηκε και διοργανώσαμε τον Μάρτιο 2023 ένα σχολείο για ερευνητές από όλη την Ευρώπη που ήλθαν στη Θεσσαλονίκη, στο ΑΠΘ για να διδαχθούν αυτές τις νέες μεθόδους εφαρμογής της μηχανικής μάθησης στα βαρυτικά κύματα και είχαμε μεγάλη συμμετοχή και επιτυχία στη διοργάνωση αυτή», κατέληξε ο καθηγητής.