ΕΠΙΣΤΗΜΗ - ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ
07/03/2025 | 13:12
Η αναπόδεικτη θεωρία του Αϊνστάιν για τη «βαρυτική μνήμη» μπορεί τελικά να είναι αληθινή, σύμφωνα με νέα μελέτη [videos]
Η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν υποστηρίζει ότι η «μνήμη» των αρχαίων γεγονότων, όπως οι συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών, μπορεί να χαραχθεί στον ιστό του χωροχρόνου από τα βαρυτικά κύματα.
Νέα έρευνα δείχνει πώς θα μπορούσε τελικά να αποδειχθεί αυτή η θεωρία της βαρυτικής μνήμης.
Μια ομάδα θεωρητικών φυσικών πρότεινε έναν νέο τρόπο δοκιμής μιας από τις πιο ενδιαφέρουσες προβλέψεις της θεωρίας της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν: τη βαρυτική μνήμη. Αυτό το φαινόμενο αναφέρεται σε μια μόνιμη μετατόπιση στον ιστό του σύμπαντος που προκαλείται από τη διέλευση χωροχρονικών κυματισμών γνωστών ως βαρυτικά κύματα.
- Αν και αυτά τα κύματα έχουν ήδη ανιχνευθεί από παρατηρητήρια όπως το Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυμάτων συμβολόμετρου λέιζερ (LIGO) και το συμβολόμετρο Virgo, το αποτύπωμα των κυμάτων παραμένει ασαφές.
Οι ερευνητές προτείνουν ότι το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων -μια αμυδρή λάμψη που έμεινε από τη Μεγάλη Έκρηξη- μπορεί να φέρει τα σημάδια ισχυρών βαρυτικών κυμάτων από μακρινές συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών.
Η μελέτη αυτών των σημάτων όχι μόνο θα μπορούσε να επιβεβαιώσει την πρόβλεψη του Αϊνστάιν αλλά και να ρίξει φως σε μερικά από τα πιο ενεργητικά γεγονότα στην ιστορία του σύμπαντος.
«Η παρατήρηση αυτού του φαινομένου μπορεί να μας προσφέρει περισσότερες γνώσεις για διαφορετικούς τομείς της φυσικής», δήλωσε στο Live Science ο Miquel Miravet-Tenés, διδακτορικός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο της Βαλένθια και συν-συγγραφέας της μελέτης. «Δεδομένου ότι είναι μια άμεση πρόβλεψη της θεωρίας της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν, η παρατήρησή της θα χρησίμευε ως επιβεβαίωση της θεωρίας, όπως έχει κάνει η παρατήρηση βαρυτικών κυμάτων από τους LIGO, Virgo και KAGRA [τον ανιχνευτή βαρυτικών κυμάτων Kamioka]! μνήμη, όπως οι συγκρούσεις σουπερνόβα ή μαύρων τρυπών».
Πώς τα βαρυτικά κύματα αφήνουν σημάδι στο σύμπαν
Σύμφωνα με τη γενική σχετικότητα, τεράστια αντικείμενα που στρεβλώνουν τον χωροχρόνο μπορούν να δημιουργήσουν κυματισμούς που ταξιδεύουν σε όλο το σύμπαν με την ταχύτητα του φωτός. Αυτά τα βαρυτικά κύματα προκύπτουν όταν ογκώδη σώματα επιταχύνονται, όπως όταν δύο μαύρες τρύπες στρέφονται σπειροειδώς προς τα μέσα και συγχωνεύονται .
Σε αντίθεση με τα συνηθισμένα κύματα που περνούν μέσα από την ύλη και την αφήνουν αμετάβλητη, τα βαρυτικά κύματα μπορούν να αλλάξουν μόνιμα τη δομή του ίδιου του χωροχρόνου.
Αυτό σημαίνει ότι οποιαδήποτε αντικείμενα περνούν, συμπεριλαμβανομένων των στοιχειωδών σωματιδίων φωτός που είναι γνωστά ως φωτόνια, μπορεί να βιώσουν μια μόνιμη αλλαγή στην ταχύτητα ή την κατεύθυνση.
Ως αποτέλεσμα, το φως που ταξιδεύει σε όλο το σύμπαν θα μπορούσε να φέρει μια ανάμνηση των προηγούμενων γεγονότων βαρυτικών κυμάτων αποτυπωμένη στις ιδιότητές του.
Οι ερευνητές διερεύνησαν εάν αυτό το φαινόμενο μπορούσε να παρατηρηθεί στο κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων – ένα λείψανο πεδίο ακτινοβολίας που ταξιδεύει στο διάστημα από τότε που το σύμπαν ήταν μόνο ένα κλάσμα του ποσοστού της τρέχουσας ηλικίας του. Οι ανεπαίσθητες αλλαγές στη θερμοκρασία αυτής της ακτινοβολίας θα μπορούσαν να κρατήσουν ενδείξεις για τα βαρυτικά κύματα από τις αρχαίες συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών.
«Μπορούμε να μάθουμε πολλά πράγματα», είπε στο Live Science ο Κάι Χέντρικς , διδακτορικός φοιτητής στο Ινστιτούτο Niels Bohr στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης και ένας άλλος συν-συγγραφέας της μελέτης.
«Για παράδειγμα, η μέτρηση της βαρυτικής μνήμης σε ένα σήμα βαρυτικού κύματος μας δίνει περισσότερες πληροφορίες για τις ιδιότητες των δύο μαύρων οπών που παρήγαγαν αυτό το σήμα: πόσο βαριές ήταν αυτές οι μαύρες τρύπες ή πόσο μακριά βρίσκονται από εμάς».
Αλλά οι επιπτώσεις εκτείνονται πέρα από τις μεμονωμένες συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών. Εάν το αποτύπωμα της βαρυτικής μνήμης μπορεί να ανιχνευθεί στο κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων, θα μπορούσε να αποκαλύψει εάν οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες συγχωνεύτηκαν πιο συχνά στο πρώιμο σύμπαν από ό,τι σήμερα. Αυτό θα μπορούσε να προσφέρει νέα εικόνα για το πώς οι γαλαξίες και οι μαύρες τρύπες έχουν εξελιχθεί κατά τη διάρκεια του κοσμικού χρόνου.
Μέτρηση του αποτυπώματος
Για να προσδιορίσει εάν το φαινόμενο μνήμης θα μπορούσε να ανιχνευθεί, η ομάδα υπολόγισε πώς οι συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών επηρεάζουν το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων. Η ανάλυσή τους έδειξε ότι αυτά τα βίαια γεγονότα θα πρέπει να αφήσουν πίσω τους μετρήσιμες αλλαγές στην ακτινοβολία υποβάθρου, με την ισχύ του σήματος να εξαρτάται από το πόσο μεγάλες ήταν οι μαύρες τρύπες και πόσο συχνά συνέβαιναν τέτοιες συγχωνεύσεις σε όλη την ιστορία.
«Το μήκος κύματος του φωτός σχετίζεται άμεσα με τη θερμοκρασία του: μικρό μήκος κύματος σημαίνει υψηλή θερμοκρασία και μεγάλο μήκος κύματος σημαίνει χαμηλή θερμοκρασία», είπε στο Live Science ο David O’Neill , διδακτορικός φοιτητής στο Niels Bohr Institute και ένας άλλος συν-συγγραφέας της μελέτης.
«Κάποιο από το φως που επηρεάζεται από τη μνήμη των βαρυτικών κυμάτων γίνεται «πιο καυτό» ενώ κάποιο άλλο φως γίνεται «πιο κρύο». Οι περιοχές του θερμού και ψυχρού φωτός σχηματίζουν ένα είδος μοτίβου στον ουρανό.
Αν και τα σημερινά τηλεσκόπια που είναι ικανά να ανιχνεύσουν την ακτινοβολία μικροκυμάτων, όπως ο δορυφόρος Planck, έχουν χαρτογραφήσει το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων με εξαιρετική λεπτομέρεια, οι μεταβολές θερμοκρασίας που προκαλούνται από τη μνήμη βαρυτικών κυμάτων αναμένεται να είναι εξαιρετικά μικρές – της τάξης του τρισεκατομμυρίου.
Αυτό καθιστά δύσκολη την παρατήρησή τους με την υπάρχουσα τεχνολογία. Ωστόσο, μελλοντικά τηλεσκόπια με μεγαλύτερη ευαισθησία μπορεί να είναι σε θέση να ανιχνεύσουν αυτές τις λεπτές παραμορφώσεις, παρέχοντας έναν νέο τρόπο ανίχνευσης των αόρατων βαρυτικών επιρροών που έχουν διαμορφώσει το σύμπαν.
Βελτιώνοντας τα μοντέλα για μελλοντικές δοκιμές
Ενώ η μελέτη δείχνει ότι η μνήμη βαρυτικών κυμάτων θα πρέπει να αφήνει ένα ίχνος στο κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων, οι ερευνητές αναγνωρίζουν ότι οι υπολογισμοί τους βασίστηκαν σε απλοποιημένες υποθέσεις. Θα χρειαστούν περισσότερα εκλεπτυσμένα μοντέλα πριν γίνουν οριστικές προβλέψεις.
Για παράδειγμα, η ομάδα αρχικά υπέθεσε ότι όλες οι μαύρες τρύπες που συγχωνεύονται είχαν την ίδια μάζα, ενώ στην πραγματικότητα, οι μάζες τους μπορεί να ποικίλλουν σημαντικά. Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες κυμαίνονται από μερικά εκατομμύρια έως δεκάδες δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του ήλιου, που σημαίνει ότι η επιρροή τους στο κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων θα διαφέρει επίσης. Ο υπολογισμός αυτής της παραλλαγής θα είναι σημαντικός σε μελλοντικές μελέτες.
«Αυτή τη στιγμή, το αποτέλεσμα που μελετάμε είναι απίστευτα ανεπαίσθητο. Ωστόσο, είναι πιθανό σε ορισμένες περιοχές του ουρανού, να είναι απροσδόκητα ισχυρό”, είπε ο Hendriks. “Για να το εξερευνήσουμε αυτό, χρειαζόμαστε πιο προηγμένα μοντέλα που λαμβάνουν υπόψη ολόκληρη την εξέλιξη του σύμπαντος. Άρα δεν είναι εύκολη υπόθεση! Αλλά αυτό θα μπορούσε να μας φέρει πιο κοντά στην ανίχνευση αυτού του κοσμικού αποτυπώματος και στην αποκάλυψη νέων γνώσεων για την εξέλιξη του σύμπαντος.»
