Το ευρωπαϊκό σχέδιο για γιγάντιο νέο ανιχνευτή βαρυτικών κυμάτων ξεπερνά το ορόσημο
Απέχει πολύ από το να έχει ολοκληρωθεί, αλλά τα σχέδια των Ευρωπαίων φυσικών για την κατασκευή ενός τεράστιου νέου παρατηρητηρίου βαρυτικών κυμάτων με ριζικό σχεδιασμό έλαβαν ώθηση αυτή την εβδομάδα. Το Ευρωπαϊκό Φόρουμ Στρατηγικής για τις Ερευνητικές Υποδομές (ESFRI), το οποίο συμβουλεύει τις ευρωπαϊκές κυβερνήσεις για τις ερευνητικές προτεραιότητες, πρόσθεσε το αστεροσκοπείο 1,9 δισεκατομμυρίων ευρώ, που ονομάζεται Τηλεσκόπιο Αϊνστάιν, σε έναν οδικό χάρτη μεγάλων επιστημονικών έργων που είναι ώριμα για πρόοδο. Οι προγραμματιστές ελπίζουν ότι η κίνηση θα τους δώσει την πολιτική επικύρωση που απαιτείται για τη μετατροπή της ιδέας του τηλεσκοπίου Αϊνστάιν σε έργο.
«Αυτό δεν αποτελεί υπόσχεση οποιασδήποτε χρηματοδότησης, αλλά δείχνει τη σαφή πρόθεση να το επιδιώξουμε», λέει ο Harald Lück, φυσικός βαρυτικών κυμάτων στο Πανεπιστήμιο Leibniz Hannover και στο Ινστιτούτο Max Planck για τη Βαρυτική Φυσική και συμπρόεδρος του Τηλεσκοπίου Αϊνστάιν. διοικούσα επιτροπή. "Είναι περισσότερο μια πολιτική δέσμευση."
Οι Αμερικανοί φυσικοί βαρυτικών κυμάτων χαιρέτησαν επίσης την ανακοίνωση, καθώς πιστεύουν ότι μπορεί να ενισχύσει τα σχέδιά τους για την κατασκευή ενός ζεύγους ανιχνευτών ακόμη μεγαλύτερου από το τηλεσκόπιο του Αϊνστάιν σε ένα έργο που ονομάζεται Cosmic Explorer. "Στις ΗΠΑ, νομίζω ότι η δυναμική θα αρχίσει να χτίζεται", λέει ο David Reitze, εκτελεστικός διευθυντής του Παρατηρητηρίου Βαρυτικών Κυμάτων Συμβολόμετρου Λέιζερ (LIGO) και φυσικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια.
Οι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων ανιχνεύουν μικροσκοπικούς φευγαλέους κυματισμούς στο ίδιο το διάστημα όταν τεράστια αστροφυσικά αντικείμενα, όπως οι μαύρες τρύπες, στροβιλίζονται μεταξύ τους και συγκρούονται. Τα τελευταία 5 χρόνια, οι επιστήμονες εντόπισαν δεκάδες συγχωνευμένα ζεύγη μαύρων τρυπών, τα φανταστικά υπέρτατα βαρυτικά πεδία που άφησαν πίσω τους όταν τεράστια αστέρια καταρρέουν σε απειροελάχιστα σημεία, σπειροειδώς. Έχουν επίσης εντοπίσει τα βαρυτικά κύματα -και τη θεαματική έκρηξη- που πυροδοτούνται από τη συγχώνευση ενός ζεύγους μικρότερων άστρων νετρονίων, τα υπερπυκνά πτώματα των άστρων μεσαίου βάρους που καίγονται και ανατινάζονται. Αυτή την εβδομάδα, οι ερευνητές ανακοίνωσαν ότι είχαν αισθανθεί δύο φορές βαρυτικά κύματα από μια μαύρη τρύπα που καταπίνει ένα αστέρι νετρονίων.
Για να ανιχνεύσουν τα βαρυτικά κύματα, οι φυσικοί χρησιμοποιούν γιγάντιες οπτικές συσκευές σε σχήμα L που ονομάζονται συμβολόμετρα. Χρησιμοποιούν το φως λέιζερ για να συγκρίνουν τα μήκη του βραχίονα ενός συμβολόμετρου με εξαιρετική ακρίβεια και αναζητούν στοιχεία ότι ο χώρος εκτείνεται περισσότερο προς τη μία κατεύθυνση από την άλλη. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, το LIGO αποτελείται από δίδυμα συμβολόμετρα στην πολιτεία Λουιζιάνα και Ουάσιγκτον, το καθένα με βραχίονες μήκους 4 χιλιομέτρων. Στην Ιταλία, ο ανιχνευτής Virgo της Ευρώπης έχει βραχίονες μήκους 3 χιλιομέτρων.
Αλλά οι επιστήμονες θέλουν ακόμη μεγαλύτερα, πιο ευαίσθητα συμβολόμετρα. Το LIGO και το Virgo μπορούν να αισθανθούν συγχωνεύσεις μαύρων οπών σε απόσταση μεγαλύτερη από 10 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Αλλά αν οι επιστήμονες είχαν ανιχνευτές 10 φορές πιο ευαίσθητους, θα μπορούσαν να εντοπίσουν συγχωνεύσεις μαύρων οπών σε όλη τη διαδρομή έξω από την άκρη του παρατηρήσιμου σύμπαντος, 45 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Για να επιτευχθεί τέτοια ευαισθησία, ο Cosmic Explorer θα αποτελείται από ένα ή περισσότερα συμβολόμετρα σχήματος L με βραχίονες 40 χιλιομέτρων. Αντίθετα, το τηλεσκόπιο του Αϊνστάιν θα ήταν ένα υπόγειο ισόπλευρο τρίγωνο που θα φιλοξενούσε συνολικά έξι συμβολόμετρα σχήματος V (δύο σε κάθε γωνία) με βραχίονες 10 χιλιομέτρων.
Οι φυσικοί στις Ηνωμένες Πολιτείες και την Ευρώπη ελπίζουν να κατασκευάσουν τους ανιχνευτές μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 2030. Η συμπερίληψη στον οδικό χάρτη του ESFRI είναι ένα βασικό πρώτο βήμα προς την υλοποίηση του τηλεσκοπίου Αϊνστάιν, λέει ο Michele Punturo, φυσικός και διευθυντής έρευνας στο Εθνικό Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής της Ιταλίας και συμπρόεδρος της συντονιστικής επιτροπής του τηλεσκοπίου Αϊνστάιν. Τα επόμενα 3 ή 4 χρόνια, οι προγραμματιστές του τηλεσκοπίου Einstein θα εμπλουτίσουν τον υπάρχοντα εννοιολογικό σχεδιασμό τους για το αστεροσκοπείο σε μια πιο λεπτομερή έκθεση τεχνικής σχεδίασης, λέει ο Punturo. Το πιο σημαντικό, λέει, είναι ότι θα ξεκινήσουν τη διαδικασία επέκτασης της διεθνούς συνεργασίας για την υποστήριξη του έργου. Επί του παρόντος, η ομάδα του τηλεσκοπίου Αϊνστάιν λαμβάνει υποστήριξη από το Βέλγιο, την Ιταλία, την Ολλανδία, την Πολωνία και την Ισπανία.
Στην πραγματικότητα, λέει ο Punturo, το ESFRI υπάρχει επειδή η ευρωπαϊκή κεντρική κυβέρνηση, η Ευρωπαϊκή Επιτροπή, δεν διαθέτει μηχανισμό προεπιλογής με τον οποίο να οργανώνει και να χρηματοδοτεί τόσο μεγάλα διεθνή έργα. (Ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος, το Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο και το CERN, το Ευρωπαϊκό εργαστήριο φυσικής σωματιδίων, έχουν τις δικές τους μοναδικές οργανωτικές δομές, αλλά κανένα από αυτά δεν έχει την επιστημονική τεχνογνωσία που απαιτείται για την κατασκευή ενός παρατηρητηρίου βαρυτικών κυμάτων.) Έτσι το ESFRI, το οποίο λειτουργεί από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο και αποτελείται από εκπροσώπους των εθνικών επιστημονικών οργανισμών χρηματοδότησης, έχει στόχο να βοηθήσει στον καθορισμό προτεραιοτήτων για μεγάλες διεθνείς εγκαταστάσεις στην Ευρώπη.
Ωστόσο, εναπόκειται στην ομάδα του τηλεσκοπίου Αϊνστάιν να αναπτύξει τον οργανισμό που θα υποστηρίξει το έργο, λέει ο Punturo. Για παράδειγμα, λέει, ο οργανισμός μπορεί να έχει το πρότυπο του CERN. Το ESFRI imprimatur θα είναι ζωτικής σημασίας για την απόκτηση υποστήριξης και χρηματοδότησης από μεμονωμένα έθνη, λέει. "Ο οδικός χάρτης του ESFRI ανοίγει την προπαρασκευαστική φάση που θα πρέπει να εκτελέσει όλα τα τεχνικά, νομικά και οικονομικά βήματα προκειμένου να φτάσουμε στο σημείο όπου μπορούμε να πούμε "Εντάξει, είμαστε έτοιμοι να προχωρήσουμε".
«Η οικοδόμηση κοινότητας είναι σίγουρα ένα μεγάλο μέρος του σχεδιασμού των εγκαταστάσεων», λέει η Jocelyn Read, φυσικός βαρυτικών κυμάτων και μέλος του LIGO στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Fullerton. Σημειώνει ότι η ώθηση για την κατασκευή της επόμενης γενιάς ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων είναι λιγότερο ανταγωνισμός παρά συνεργασία:"Ο Κοσμικός Εξερευνητής και το Τηλεσκόπιο Αϊνστάιν θα έκαναν την καλύτερη επιστήμη συνεργαζόμενα."
