myUCD Blog – Η Lána Salmon γράφει για μια νέα εποχή της αστρονομίας των βαρυτικών κυμάτων

myUCD Blog – Η Lána Salmon γράφει για μια νέα εποχή της αστρονομίας των βαρυτικών κυμάτων

November 2, 2017 0 Von admin

Το Ιρλανδικό Συμβούλιο Ερευνών, η Κυβέρνηση της Ιρλανδίας και η μεταπτυχιακή υπότροφος του UCD Space Science Lána Salmon γράφει για μια νέα εποχή της αστρονομίας των βαρυτικών κυμάτων και τον ενθουσιασμό της που ξεκίνησε το διδακτορικό της…

Πριν από 130 εκατομμύρια χρόνια, 2 αστέρια νετρονίων συγκρούστηκαν κοντά σε έναν γαλαξία που ονομάζεται NGC4993. Αυτή η σύγκρουση δημιούργησε βαρυτικά κύματα, τα οποία ταξίδεψαν μέσα στο σύμπαν, έφτασαν στη γη και εντοπίστηκαν στις 17 Αυγούστου 2017, στην αρχή του διδακτορικού μου στην ομάδα UCD Space Science. Μια νέα εποχή της αστροφυσικής γεννήθηκε.

Τα βαρυτικά κύματα εντοπίστηκαν για πρώτη φορά το 2015. Ο Αϊνστάιν προέβλεψε, ως μέρος της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, ότι όταν τα βαριά σώματα όπως οι μαύρες τρύπες ή τα αστέρια νετρονίων επιταχύνουν, δημιουργούν μια διαταραχή που τεντώνει το χώρο και τον χρόνο και ταξιδεύει με την ταχύτητα του φωτός. Αυτά τα κύματα μετακινούν το διάστημα μόνο ένα μικρό κλάσμα – ένας χάρακας μήκους 13 χιλιομέτρων θα παραμορφωνόταν μόνο από το πλάτος ενός ατόμου. Ως εκ τούτου, οι πιο ευαίσθητοι ανιχνευτές που κατασκευάστηκαν ποτέ χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση αυτών των κυμάτων. Αυτά είναι τα συμβολόμετρα LIGO-Virgo – μια ομάδα 3 ανιχνευτών που περιέχουν μακριά χέρια, κατά μήκος των οποίων ένα λέιζερ αντανακλάται από τους καθρέφτες. Τα βαρυτικά κύματα επηρεάζουν το μήκος των βραχιόνων, παραμορφώνοντας επομένως τα σήματα λέιζερ. Οποιαδήποτε εξωτερική κίνηση, ακόμη και ένα αυτοκίνητο που περνάει, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη. Δεν μπορούμε να δούμε συγκρούσεις μαύρων οπών καθώς δεν υπάρχει ύλη που να εκπέμπει φως, ωστόσο πιστεύεται ότι η σύγκρουση των άστρων νετρονίων θα μπορούσε να ανιχνευθεί από τηλεσκόπια εδώ στη γη. Ο κόσμος περίμενε το LIGO-Virgo να ανιχνεύσει συγκρουόμενα αστέρια νετρονίων, ώστε να μπορέσουμε να ξεκινήσουμε την αναζήτηση του φωτός από αυτές τις συγκρούσεις.

Μια κινούμενη εικόνα ενός συμβολόμετρου LIGO – Τα λέιζερ εκτοξεύονται κάτω από δύο κάθετους βραχίονες και αντανακλώνται από τους καθρέφτες, όπου ταξιδεύουν μακριά από τους βραχίονες και συναντιούνται ξανά. Τα ανιχνευμένα κύματα συγκρίνονται με μοντέλα για συγχωνεύσεις άστρων νετρονίων και μαύρης τρύπας.

Μια κινούμενη εικόνα ενός συμβολόμετρου LIGO – Τα λέιζερ εκτοξεύονται κάτω από δύο κάθετους βραχίονες και αντανακλώνται από τους καθρέφτες, όπου ταξιδεύουν μακριά από τους βραχίονες και συναντιούνται ξανά. Τα ανιχνευμένα κύματα συγκρίνονται με μοντέλα για συγχωνεύσεις άστρων νετρονίων και μαύρης τρύπας.

Μετά την καλοκαιρινή μου πρακτική άσκηση στην ομάδα UCD Space Science, αποφάσισα ότι δεν θα μου άρεσε τίποτα περισσότερο από το να ακολουθήσω μια καριέρα στην έρευνα. Ο ενθουσιασμός της εμβάθυνσης σε δεδομένα, που δεν έχει ξαναδεί κανείς άλλος από τηλεσκόπια και δορυφόρους τελευταίας τεχνολογίας, είναι συναρπαστικός. Τον Αύγουστο του 2016, συναντήθηκα με τους επιβλέποντες καθηγητές μου, την καθηγήτρια Lorraine Hanlon και τον Δρ Antonio Martin-Carrillo για να συζητήσουμε πιθανά διδακτορικά έργα, αλλά συμφώνησα σε ένα που περιλαμβάνει τη συνέχιση της εργασίας που ξεκίνησα κατά τη διάρκεια της πρακτικής μου πρακτικής στις εκρήξεις ακτίνων γάμμα, αλλά επίσης ωθεί τα όρια ένα πρωτοποριακό και συναρπαστικό θέμα – Αστροφυσική Βαρυτικών Κυμάτων. Υποβάλαμε αίτηση στο Ιρλανδικό Συμβούλιο Έρευνας για χρηματοδότηση.

Το έργο μου στοχεύει στην αναζήτηση του ορατού τμήματος ενός βαρυτικού κύματος χρησιμοποιώντας το δικό του τηλεσκόπιο Watcher του UCD στη Νότια Αφρική. Οι προϊστάμενοί μου με προειδοποίησαν για τους κινδύνους ενός έργου όπως αυτό – μπορεί να μην ανιχνεύσουμε ποτέ το οπτικό αντίστοιχο των σημάτων Βαρυτικών Κυμάτων. Αλλά η επιστήμη είναι να παίρνεις ρίσκα, γι‘ αυτό προτείναμε το έργο και μετά από 4 μήνες αναμονής, λάβαμε την είδηση ​​ότι έλαβα μεταπτυχιακή υποτροφία από την κυβέρνηση της Ιρλανδίας για να συνεχίσω το διδακτορικό μου.

Το ρομποτικό τηλεσκόπιο Watcher του UCD στο Παρατηρητήριο Boyden, Νότια Αφρική.  Τα υπέροχα μονοπάτια των αστεριών ακολουθήθηκαν από τον Δρ. Antonio Martin-Carrillo.

Το ρομποτικό τηλεσκόπιο Watcher του UCD στο Παρατηρητήριο Boyden, Νότια Αφρική. Τα υπέροχα μονοπάτια των αστεριών τραβήχτηκαν από τον Δρ. Antonio Martin-Carrillo (@skywonders_ie στο Instagram)

Ήμουν ενθουσιασμένος και νευρικός για να ξεκινήσω το διδακτορικό μου – ήξερα ότι θα χρειαζόταν μια περίοδος μερικών μηνών για να ενημερωθώ για την μέχρι τώρα έρευνα στα Gravitational Wave και να εγκλιματιστώ στον ερευνητικό τρόπο ζωής. Αυτός ο ήσυχος εγκλιματισμός διακόπηκε στις 17 Αυγούστου, όταν επιβεβαιώθηκε ότι τα βαρυτικά κύματα που ανιχνεύθηκαν από το LIGO Virgo προκλήθηκαν από τη συγχώνευση άστρων νετρονίων. Μπίνγκο (ή Εύρηκα;)! Το γεγονός που περιμέναμε είχε συμβεί – τώρα το μόνο που έπρεπε να κάνουμε ήταν να ψάξουμε για οποιαδήποτε ορατά σημάδια αυτού του γεγονότος βαρυτικών κυμάτων. Τα τηλεσκόπια σε όλο τον κόσμο έψαχναν για αυτό.

Μια εντύπωση καλλιτεχνών από μια συγχώνευση αστεριών νετρονίων.

Μια εντύπωση καλλιτεχνών από μια συγχώνευση αστεριών νετρονίων.

Μια έκρηξη ακτίνων γάμμα εντοπίστηκε από το τηλεσκόπιο Fermi της NASA περίπου 1 δευτερόλεπτο μετά τον εντοπισμό του γεγονότος των βαρυτικών κυμάτων κοντά στον γαλαξία NGC4993. Για τη συνέχεια, το τηλεσκόπιο Boyden που βρίσκεται κοντά στο Watcher στη Νότια Αφρική, έδειξε προς αυτό το γεγονός. Τις επόμενες μέρες, παρατηρήσαμε αυτό το στίγμα φωτός σε αποσύνθεση. Οι προϊστάμενοί μου εργάζονταν στα δεδομένα από αυτό το τηλεσκόπιο. Ένα απόγευμα Δευτέρας με κάλεσαν σε μια συνάντηση. Είχα 24 ώρες για να αναλύσω εικόνες που τραβήχτηκαν 4 ημέρες μετά το συμβάν των βαρυτικών κυμάτων. Οποιοδήποτε αποτέλεσμα από αυτά τα δεδομένα θα περιλαμβανόταν σε μια πολύ σημαντική εργασία που θα υποβληθεί σε ένα από τα πιο διάσημα επιστημονικά περιοδικά, το Nature. Περιττό να πούμε ότι ήταν μια άγρυπνη νύχτα. Έψαξα αυτές τις εικόνες για σημάδια του οπτικού αντίστοιχου του Βαρυτικού κύματος και μέτρησα τη φωτεινότητα του γεγονότος. Αυτή η μέτρηση συμπεριλήφθηκε στη συνέχεια στο έγγραφο που υποβλήθηκε στο Nature.

Το συμβάν Gravitational Wave ανιχνεύθηκε στις 18 Αυγούστου (αριστερά) και εξαφανίστηκε έως ότου είναι σχεδόν μη παρατηρήσιμο στις 22 Αυγούστου (δεξιά).

Το συμβάν Gravitational Wave ανιχνεύθηκε στις 18 Αυγούστου (αριστερά) και εξαφανίστηκε έως ότου είναι σχεδόν μη παρατηρήσιμο στις 22 Αυγούστου (δεξιά).

Αυτό το έγγραφο περιγράφει λεπτομερώς την ανάλυση του φωτός από αυτό το συμβάν και αποκαλύπτει πρωτοποριακά αποτελέσματα. Όχι μόνο υποδηλώνει ότι η συγχώνευση αστέρων νετρονίων μπορεί να δημιουργήσει ένα ηλεκτρομαγνητικό αντίστοιχο που μπορεί να ανιχνευθεί, αλλά ρίχνει επίσης φως στις διαδικασίες που συμβαίνουν σε μια συγχώνευση άστρων νετρονίων. Το ανιχνευόμενο φως μπορεί να μοντελοποιηθεί με ένα kilonova. Όταν τα αστέρια νετρονίων συγχωνεύονται, τα νετρόνια που εκτοξεύονται κατά τη σύγκρουση υφίστανται ραδιενεργό διάσπαση, απελευθερώνοντας μια τεράστια ποσότητα ενέργειας. Αυτή η ενέργεια ονομάζεται kilonova και αναμένεται να είναι ανιχνεύσιμη από τηλεσκόπια εδώ στη γη.

Το χαρτί έγινε δεκτό να δημοσιευτεί στο Nature στις 16 Οκτωβρίου και μας δόθηκε εντολή να κρατήσουμε το στόμα μας κλειστό μέχρι τότε. Αυτό ήταν πιο εύκολο να ειπωθεί παρά να γίνει, όταν μια τέτοια συναρπαστική επιστήμη καθόταν εκεί, έτοιμη να κυκλοφορήσει στο κοινό! Εν τω μεταξύ, το βραβείο Νόμπελ Φυσικής απονεμήθηκε στους Kip Thorne, Barry Barish και Rainer Weiss για «αποφασιστικές συνεισφορές στον ανιχνευτή LIGO και την παρατήρηση των βαρυτικών κυμάτων». Η αστροφυσική των βαρυτικών κυμάτων συνεχίζει να γίνεται όλο και πιο συναρπαστική και νιώθω πολύ τυχερός που ξεκινάω έρευνα σε έναν τομέα που έχει τόσες πολλές συναρπαστικές προοπτικές.

Και τώρα τι? Αυτήν τη στιγμή γράφω κώδικα για το τηλεσκόπιο Watcher για να αναζητήσω αυτά τα αντίστοιχα βαρυτικών κυμάτων στο μέλλον. Είμαι απίστευτα ενθουσιασμένος που ο κόσμος θα δει το χαρτί μας και για μελλοντικές ανακαλύψεις. Η αρχή του διδακτορικού μου ξεπέρασε κάθε προσδοκία. Πάντα ονειρευόμουν να γίνω δημοσιευμένος επιστήμονας – να διεξάγω νέα και συναρπαστική έρευνα για να δει ο κόσμος. Κάθε μέρα είναι συναρπαστική και αισθάνομαι απίστευτα τυχερός που με υποστηρίζουν το Ιρλανδικό Ερευνητικό Συμβούλιο, οι εκπληκτικά υποστηρικτικοί επόπτες μου και το UCD.

Σύνδεσμοι σε έγγραφα:
https://arxiv.org/abs/1710.05841
http://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aa91c9
http://www.nature.com/nature/journal/vaap/ncurrent/full/nature24303.html