Δευτέρα, 8 Φεβρουαρίου 2016

Περί βαρυτικών κυμάτων και LIGO

Με την όλη φημολογία γύρω από την επερχόμενη ανακοίνωση ανίχνευσης βαρυτικών κυμάτων από τον ανιχνευτή LIGO, επανέρχεται στο προσκήνιο και η υπόθεση με το BICEP2 και την ανακοίνωσή του σχετικά με την μέτρηση της πόλωσης της ακτινοβολίας υποβάθρου μικροκυμάτων (CMB) που υποδείκνυε ότι κατά την πληθωρισμική φάση του σύμπαντος είχαν δημιουργηθεί βαρυτικά κύματα που άφησαν μια χαρακτηριστική υπογραφή στην πόλωση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας του CMB.

Αυτό που διαβάζουμε λοιπόν είναι ότι το BICEP2 είχε ανακοινώσει ότι είδε/μέτρησε βαρυτικά κύματα από τη μεγάλη έκρηξη αλλά τελικά διαψεύστηκε.
Τον Μάρτιο του 2015, η ερευνητική κοινότητα είχε αναστατωθεί από φήμες για ανακάλυψη ενός ιδιαίτερου είδους βαρυτικών κυμάτων, τα οποία πρέπει να εμφανίστηκαν μια στιγμή μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Η μελέτη όμως τέθηκε υπό αμφισβήτηση, και ύπαρξη των βαρυτικών κυμάτων μένει ανεπιβεβαίωτη.

Αυτό είναι ατυχώς ανακριβές που με περισσότερους από έναν τρόπους παραπληροφορεί αντί να πληροφορεί και επιπλέον προκαλεί σύγχυση γύρω από την αξία της άμεσης μέτρησης βαρυτικών κυμάτων από μια πηγή έναντι της έμμεσης επιβεβαίωσης της ύπαρξής τους.

Για αρχή λοιπόν, περί τίνος πρόκειται η ιστορία με το BICEP2; Τι μέτρησε τελικά; Τι είχε να πει για τα βρυτικά κύματα;

Ερώτηση: Τι μέτρησε το BICEP2;
Απάντηση: Το BICEP2 μέτρησε την πόλωση της διάχυτης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που προέρχεται από τις πρώτες φάσεις της εξέλιξης του σύμπαντος. Το όργανο είναι μια κεραία που μετρά ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.

Ερώτηση: Και η ιστορία με τα βαρυτικά κύματα;
Απάντηση: Η πληροφορία για τα βαρυτικά κύματα είναι έμμεση και βρίσκεται στην πόλωση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Έμμεση παρατήρηση βαρυτικής ακτινοβολίας έχουμε και από άλλα συστήματα, όπως είναι τα διπλά συστήματα αστέρων νετρονίων τα οποία τα βλέπουμε να χάνουν ενέργεια καθώς γυρνάει το ένα άστρο γύρω από το άλλο και η απώλεια ενέργειας που βλέπουμε είναι τόση όση προβλέπει η σχετικότητα για την εκπομπή βαρυτικής ακτινοβολίας. Το πιο διάσημο σύστημα όπου βλέπουμε αυτό το φαινόμενο είναι ο Hulse-Taylor pulsar PSR B1913+16 η ανάλυση του οποίου τους έδωσε και το Νόμπελ (στους Hulse και Taylor).
Αλλά αυτή είναι έμμεση παρατήρηση και προκύπτει από κάτι άλλο που βλέπουμε το οποίο μας προσφέρει πληροφορία για τα βαρυτικά κύματα. Δεν είναι παρατήρηση βαρυτικών κυμάτων.
Και για να είμαστε ακριβείς, μπορεί η αρχική ανακοίνωση του BICEP2 να έδωσε μια υπερεκτιμημένη τιμή για την πόλωση εξαιτίας βαρυτικών κυμάτων από τον πληθωρισμό, αλλά αυτή τη στιγμή μετά από νέα ανάλυση και σε συνεργασία με την ομάδα του PLANCK έχουν δώσει ένα νέο άνω όριο για την πόλωση από βαρυτικά κύματα από τον πληθωρισμό.
Και τι λέει αυτό για τα βαρυτικά κύματα; Τίποτα (σχεδόν). Το μόνο που λέει είναι ότι μοντέλα του πληθωρισμού που προβλέπουν περισσότερη πόλωση από βαρυτικά κύματα δεν ευνοούνται από τα δεδομένα.


Ας επιστρέψουμε λοιπόν στην αναμενόμενη ανακοίνωση του LIGO.
Ερώτηση: Και ποια είναι τελικά η διαφορά; Γιατί είναι πιο σημαντικό το LIGO;
Απάντηση: Η διαφορά είναι ότι εδώ μιλάμε για άμεση παρατήρηση βαρυτικών κυμάτων. Είναι η διαφορά του να είσαι τυφλός και να σου λέει τι βλέπει κάποιος άλλος, και να το βλέπεις εσύ με τα ίδια σου τα μάτια. Ή για να δώσω ένα καλύτερο παράδειγμα, είναι η διαφορά του να αντιλαμβάνεσαι μια μουσική συμφωνία επειδή βλέπεις ή ακουμπάς με το χέρι σου ένα τζάμι που δονείται από τον ήχο και να την ακούς με τα ίδια σου τα αφτιά.
Το LIGO δεν θα βασίζεται σε έμμεσες ενδείξεις της ύπαρξης των βαρυτικών κυμάτων, αλλά μετρά το ίδιο την αλλαγή του μήκους, την συστολή και διαστολή του χώρου ανάμεσα στους καθρέφτες του που προκαλεί το κύμα καθώς περνάει από τον ανιχνευτή. Είναι το ίδιο το “τύμπανο" που πιάνει τον “ήχο”.
Και αυτός ο “ήχος" δεν είναι απλά ακόμα ένα πράγμα που είδαμε ότι υπάρχει και τελείωσε. Αυτός ο “ήχος” κρύβει “μουσική" μέσα του. Κρύβει πληροφορία για την ίδια την φύση της βαρύτητας και κρύβει πληροφορία για την πηγή του σήματος. Με τα πρώτα σήματα του LIGO θα μάθουμε πράγματα για την βαρύτητα και για αστροφυσικά συστήματα σε συνθήκες που μέχρι τώρα δεν είχαμε κανένα τρόπο να μάθουμε και δεν είχαμε ακουμπήσει. Ανοίγουμε τα μάτια μας σε έναν καινούριο αθέατο μέχρι τώρα κόσμο. Ακούμε τους ήχους του σύμπαντος για πρώτη φορά.

Αυτό λοιπόν περιμένουμε τις επόμενες ημέρες από την ομάδα του LIGO και όχι το να υπάρχουν βαρυτικά κύματα ή αν ο Einstein είχε δίκιο ή άδικο ή ποιος θα πάρει το Νόμπελ. Αυτά είναι τρίχες κατσαρές.
Περιμένουμε να δούμε τι ακούσαμε για πρώτη φορά τώρα που ανοίξαμε τα αφτιά μας στο Σύμπαν, γιατί μέχρι τώρα ήμασταν κουφοί.


Woohoo!!!! δεν λες τίποτα...

2 σχόλια:

Ανώνυμος είπε...

Αυτό με το PSR B1913+16 orbital decay κλπ, μπορείς μήπως να εξηγήσεις γιατί αποκλείονται άλλες αιτίες για την απώλεια ενέργειας που παρατηρήται εκεί;

Vagelford είπε...

Εννοείς άλλες αιτίες που μιμούνται ακριβώς τον ρυθμό απώλειας ενέργειας και στροφορμής που θα είχε κανείς από βαρυτικά κύματα σε ένα πλήθος από διαφορετικά συστήματα που έχουν ζευγάρια από αστέρες νετρονίων διαφόρων μαζών ή λευκούς νάνους με αστέρες νετρονίων;

Οι παρατηρήσεις από αυτά τα συστήματα δίνουν και άλλες πληροφορίες από τη διάδοση των ηλεκτρομαγνητικών σημάτων στο χώρο γύρω από το σύστημα. Συχνά οι ποσότητες που μπορούν να μετρηθούν είναι περισσότερες από τις άγνωστες παραμέτρους του συστήματος, οπότε έτσι κανείς έχει ανεξάρτητες ποσότητες/constrians που αν η υπόθεση είναι σωστή, ότι δηλαδή δεν παίζει κάτι άλλο από τη βαρύτητα στο σύστημα, τότε θα πρέπει να συναντιούνται στο ίδιο σημείο. Ένας τέτοιος έλεγχος συνέπειας είναι τα περίφημα διαγράμματα μάζας-μάζας, όπου στο έναν άξονα είναι η μάζα του ενός μέλους του συστήματος και στον άλλον άξονα είναι η μάζα του άλλου μέλους. Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι το διάγραμμα που υπάρχει εδώ. Το σύνολο των διαγραμμάτων αυτού του τύπου που έχουμε από τέτοια συστήματα μέχρι τώρα αποτελεί μια από τις κλασσικές επαληθεύσεις της σχετικότητας σε σχετικά ισχυρά πεδία (και της ύπαρξης βαρυτικών κυμάτων).