Ο Έλληνας «κυνηγός» των βαρυτικών κυμάτων εξηγεί την πολυπόθητη ανακάλυψη του αιώνα
Πειράματα βρίσκονται σε εξέλιξη στην Ευρώπη, τις ΗΠΑ, την Ιαπωνία και την Ινδία, τα οποία συνεργάζονται μεταξύ τους και πρόκειται να λειτουργήσουν ως ένας μεγάλος κοινός ανιχνευτής ταυτόχρονα

«Μαμά, τι είναι οι αστέρες νετρονίων και σε τι μας είναι χρήσιμα τα βαρυτικά κύματα;». Η πολυαναμενόμενη και πολυπόθητη πρώτη άμεση ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων φαίνεται πως δεν απέχει πολύ χρονικά και κατά γενικήν ομολογία θα διαλευκάνει πολλά μυστήρια αστροφυσικής και κοσμολογικής κλίμακας. Πιθανότατα η ανακάλυψη, όταν γίνει, θα βραβευτεί με το Νόμπελ Φυσικής, καθώς θα ελέγξει την ορθότητα της ίδιας της Γενικής Θεωρίας Σχετικότητας, που διατύπωσε ο Άλπερτ Αϊνστάιν! Πώς, όμως, ένα παιδί, ένας μαθητής, ένας περίεργος παρατηρητής του έναστρου ουρανού μπορεί να αντιληφθεί τι σημαίνει πρακτικά «το νέο παράθυρο, που θα ανοίξει στο Σύμπαν η ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων»;

Απάντηση στο ερώτημα επιχειρεί να δώσει -ομολογώντας πάντως, ότι είναι από τα πλέον δύσκολα που του έχουν τεθεί- ο Έλληνας καθηγητής, που έχει αφιερώσει το μεγαλύτερο μέρος της μέχρι σήμερα ακαδημαϊκής του ζωής και ερευνητικής δραστηριότητας στη μελέτη της Γενικής Θεωρίας Σχετικότητας, των μελανών οπών, των αστέρων νετρονίων και των κυμάτων βαρύτητας. Ο αναπληρωτής καθηγητής στο Τμήμα Φυσικής του ΑΠΘ Νίκος Στεργιούλας είναι εκλελεγμένο μέλος του επιστημονικού συμβουλίου, που υποστηρίζει το ευρωπαϊκό πείραμα ανίχνευσης βαρυτικών κυμάτων VIRGO. Με την ερευνητική του ομάδα στο ΑΠΘ, μέσω προσομοιώσεων της σύγκρουσης αστέρων νετρονίων, παρουσιάζει μία νέα λεπτομερή κατανόηση της εκπομπής βαρυτικών κυμάτων.

«Εν αρχή ην... ένα μεγάλο άστρο!»
«Οι αστέρες νετρονίων, παρόλο που προέκυψαν από την έκρηξη ενός μεγάλου άστρου, έχουν μεγάλη χρησιμότητα, γιατί θα μας επιτρέψουν να κατανοήσουμε καλύτερα τον χώρο και τον χρόνο, τις έννοιες που συνδέει η θεωρία της σχετικότητας» είναι ο σύντομος και απλουστευμένος ορισμός για τους αστέρες νετρονίων, που δίνει στο ΑΠΕ-ΜΠΕ ο κ. Στεργιούλας. Πώς, όμως, συνδέονται οι αστέρες νετρονίων με τα βαρυτικά κύματα; Οι αστέρες νετρονίων εκτιμάται ότι έχουν την πυκνότητα που θα είχε η Γη, αν συμπιεζόταν στο μέγεθος μίας μικρής μπάλας! «Πρόκειται για τα πιο συμπαγή αντικείμενα στο Σύμπαν, τα οποία δημιουργούνται, μετά την κατάρρευση ενός πολύ μεγάλου άστρου. Εκπέμπουν βαρυτικά κύματα, όταν βρίσκονται σε ζεύγη που συγχωνεύονται», εξηγεί ο καθηγητής.

«Και έσονται εις... αστέρα έναν»
Ουσιαστικά, η παρουσία των βαρυτικών κυμάτων τεκμαίρεται εκ του αποτελέσματος, δηλαδή δύο αστέρες νετρονίων περιφέρονται ο ένας γύρω από τον άλλον και, λόγω της εκπομπής βαρυτικών κυμάτων, το ζεύγος σταδιακά χάνει ενέργεια και η απόσταση μειώνεται, φθάνοντας στην τελική συγχώνευση, όπου και παράγονται τα πιο ισχυρά βαρυτικά κύματα. «Αυτό που έχουμε να πούμε με σιγουριά είναι ότι τα βαρυτικά κύματα υπάρχουν, καθώς έχουμε δει το αποτέλεσμα που παράγουν. Δεν υπάρχει απολύτως καμία αμφιβολία ως προς την ύπαρξή τους, αλλά ως προς τις ενδεχόμενες αποκλίσεις από τη γενική θεωρία σχετικότητας. Στις προσομοιώσεις αστέρων νετρονίων, που κάνουμε στο ΑΠΘ, έχουμε κατανοήσει πλήρως και έχουμε καταγράψει τον μηχανισμό εκπομπής των βαρυτικών κυμάτων», επισημαίνει ο κ. Στεργιούλας.

Κρύβει εκπλήξεις το Σύμπαν
Πρακτικά, όμως, τι θα σημάνει η ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων για την παρατήρηση του Σύμπαντος; Τι θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε; «Θα ανοίξει ένα νέο παράθυρο στο Σύμπαν, που θα μας δώσει τη δυνατότητα να κατανοήσουμε μιαν αθέατη και παντελώς ανεξερεύνητη όψη του Σύμπαντος, και πιθανότατα να παρατηρήσουμε ασύλληπτα για τα σημερινά γνωστά δεδομένα φαινόμενα, καθώς θα υπάρξουν πολλές νέες εκπλήξεις. Ειδικότερα σε ό,τι αφορά τους αστέρες νετρονίων, θα μετρήσουμε για πρώτη φορά την ακτίνα τους και έτσι θα κατανοήσουμε τις ιδιότητες της ύλης στο κέντρο τους», απαντά ο κ. Στεργιούλας. «Οι αστέρες νετρονίων αποτελούν ένα ιδανικό κοσμικό εργαστήριο της φυσικής και τα βαρυτικά κύματα αναμένεται να φέρουν μια επανάσταση στον τρόπο με τον οποίο εξετάζουμε τα αστροφυσικά φαινόμενα», προσθέτει.

Πολύ κοντά
Πόσο απέχει, όμως, η πολυαναμενόμενη πρώτη άμεση ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων; Σήμερα βρίσκονται διάφορα πειράματα σε εξέλιξη και υπάρχουν αναβαθμισμένοι, δεύτερης γενιάς, ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων. Πειράματα βρίσκονται σε εξέλιξη στην Ευρώπη (ανιχνευτής VIRGO Advanced στην Πίζα της Ιταλίας), στις ΗΠΑ (ανιχνευτής LIGO Advanced), στην Ιαπωνία και την Ινδία. «Το καλοκαίρι θα ξεκινήσει τη λειτουργία του ο νέος ανιχνευτής στις ΗΠΑ, του χρόνου ο ιταλικός. Όλα αυτά τα πειράματα συνεργάζονται μεταξύ τους και πρόκειται να λειτουργήσουν ως ένας μεγάλος κοινός ανιχνευτής ταυτόχρονα. Ουσιαστικά πρόκειται για ένα κοινό πείραμα, ώστε όταν υπάρξει η πρώτη ανίχνευση, να είναι επιβεβαιωμένη από τουλάχιστον δύο ανιχνευτές», σημειώνει ο καθηγητής. Γνωστοποιεί δε, ότι «η πιο συντηρητική εκτίμηση είναι, ότι σε μία τετραετία θα έχει γίνει η πρώτη ανίχνευση, μπορεί όμως και νωρίτερα».