Τι είναι σωματίδιο Wang; Ίσως το σωματίδιο που θα μπορούσε να εξηγήσει τα σουπερνόβα – τις πιο εντυπωσιακές εκρήξεις στο Σύμπαν
Μια νέα συνιστώσα της βαρύτητας, το βαθμωτό πεδίο βαρύτητας, μπορεί να
εξηγήσει τον μηχανισμό που δημιουργεί τις τεράστιες εκρήξεις των
σουπερνόβα τύπου ΙΙ. Ωστόσο, αυτό θα μπορούσε να συμβεί μόνο μέσα από
μια δυναμική διαδικασία – την παραμετρική αστάθεια – που εισήχθη σε μια
εργασία του Λόρδου Rayleigh στη δεκαετία του 1880.
Τα σουπερνόβα ή υπερκαινοφανείς αστέρες προέρχονται από τεράστια άστρα
που βρίσκονται προς το τέλος της ζωής τους, και καθώς έχουν εξαντλήσει
τα πυρηνικά τους καύσιμα καταρρέουν εξαιτίας της βαρύτητάς τους. Η
κατάρρευση συμπιέζει την κεντρική περιοχή του άστρου – που αποτελείται
κυρίως από πυρήνες σιδήρου – ώστε οι πυρήνες να έρχονται πολύ κοντά και
τα ηλεκτρόνια με τα πρωτόνια να μετατρέπονται σε νετρόνια και νετρίνα.
Όταν λοιπόν ο κεντρικός πυρήνας ενός τεράστιου άστρου ξεμείνει από
πυρηνικά καύσιμα, καταρρέει κάτω από το βάρος του σε λιγότερο από ένα
δευτερόλεπτο σε ένα εξαιρετικά πυκνό άστρο νετρονίων, απελευθερώνοντας
τεράστιο ποσό της βαρυτικής ενέργειας. Όμως, μόνο ένα μικρό κλάσμα της
συνολικής ενέργειας που απελευθερώνεται εμφανίζεται ως ηλεκτρομαγνητική
ακτινοβολία (φως) του «νέου άστρου» – του σουπερνόβα. Η κινητική
ενέργεια του εκρηγνυόμενου αστρικού περιβλήματος είναι 10 φορές
περισσότερη, αλλά το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας μεταφέρεται από τα
νετρίνα, που μπορούν πολύ εύκολα να διαφύγουν από το πυκνό υλικό του
πυρήνα.
Η ανίχνευση των νετρίνων από το σουπερνόβα SN1987A επιβεβαίωσε αυτή την
εικόνα. Κατά τη διάρκεια της κατάρρευσης του αστρικού πυρήνα, η
πυκνότητα αυξάνει πολύ γρήγορα, και τελικά φτάνει σε ένα σημείο όπου η
πυκνή πυρηνική ύλη είναι εξαιρετικά δύσκολο να συμπιεστεί περαιτέρω. Η
ύλη που συνεχίζει να καταρρέει αναπηδά στην υπέρπυκνη, ασυμπίεστη πλέον
ύλη του πυρήνα, με αποτέλεσμα την δημιουργία ενός εξερχόμενου κύματος
πίεσης, που σύντομα γίνεται ένα τεράστιο κύμα κρούσης.
Έχουν γίνει λεπτομερείς μελέτες σχετικά με το αν αυτό το κύμα κρούσης
διατρέχει όλη τη διαδρομή μέχρι το εξωτερικό μέρος του άστρου. Οι
προσομοιώσεις δείχνουν ότι σταματά σε αποστάσεις της τάξης των 300
χιλιομέτρων από το κέντρο, εξαιτίας της τεράστιας ενέργειας που
απαιτείται για τον διαχωρισμό του σιδήρου και άλλων πυρήνων. Ωστόσο,
επιπλέον προσομοιώσεις έχουν δείξει ότι το κύμα κρούσης θα μπορούσε να
ξαναρχίσει εάν τα ηλεκτρόνια μπορούσαν να απορροφήσουν περίπου το 1% της
ενέργειας που μεταφέρεται από τα νετρίνα. Στο μοντέλο σύζευξης νετρίνο-
πλάσματος, οι συλλογικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ νετρίνων και πλάσματος
θα μπορούσαν να ξεκινήσουν την απαιτούμενη μεταφορά ενέργειας.
Εναλλακτικά, η εργασία των C. H.-T. Wang, P. M. Bonifacio, R. Bingham,
J. Mendonça: “Parametric instability induced scalar gravitational waves
from a model pulsating neutron star“, Physics Letters B 705, 148 – 151
(2011) , δείχνει ότι η λύση για την εκ νέου ενεργοποίηση του κύματος
κρούσης μπορεί να βρίσκεται σε ένα θεμελιώδες πεδίο που παίρνει την απλή
μορφή ενός βαθμωτού (όπως το πεδίο Higgs).
Η βαρύτητα που περιέχει ένα βαθμωτό πεδίο (που προτάθηκε αρχικά από τους
Carl Brans και Robert Dicke στη δεκαετία του 1960 ως ένα πρόσθετο
στοιχείο του βαρυτικού πεδίου) έχει θεωρηθεί ως μια πολλά υποσχόμενη
επέκταση της γενικής σχετικότητας του Einstein σε σχέση με την κβαντική
βαρύτητα και την μεγάλη ενοποίηση. Η θεωρία των Brans και Robert Dicke
βασίστηκε σε μια σχετικά απλή γραμμική σύζευξη με το βαθμωτό πεδίο
βαρύτητας. Πριν από μερικά χρόνια, αυτή η γραμμική σύζευξη φάνηκε να
είναι αμελητέα, εξετάζοντας τα ραδιοσήματα που εκπέμφθηκαν από το
διαστημικό σκάφος Cassini όταν ήταν κοντά στο Κρόνο.
Ο Charles Wang και οι συνεργάτες του, ανέλυσαν την μη γραμμική σύζευξη
σε ένα βαθμωτό πεδίο βαρύτητας. Βρήκαν ότι υπό ακραίες συνθήκες με
χρονικώς μεταβαλλόμενα ισχυρά πεδία βαρύτητας – σαν αυτά που
δημιουργούνται κατά την έκρηξη ενός σουπερνόβα και την γέννηση ενός
άστρου νετρονίων – το βαθμωτό βαρυτικό πεδίο μπορεί να διεγερθεί μέσω
παραμετρικής αστάθειας. Η προκύπτουσα εκπομπή των βαθμωτών κυμάτων
βαρύτητας από τον πυρήνα νετρονίων ενός καταρρέοντος τεράστιου άστρου
μπορεί να είναι επαρκής για την επανεκκίνηση του κύματος κρούσης,
δίνοντας έτσι μια λύση του 19ου αιώνα σε ένα πρόβλημα του 20ου αιώνα.
Σύμφωνα με τον Charles Wang (Πανεπιστήμιο Aberdeen), αυτά τα νέα κύματα,
τα βαθμωτά κύματα βαρύτητας, σχετίζονται με ένα σωματίδιο, όπως το
πεδίο Higgs σχετίζεται με το σωματίδιο Higgs. Τον Νοέμβριο, οι
επιστήμονες θα ψάξουν για την ύπαρξη αυτής της οντότητας στο πείραμα του
CERN, που ονομάζεται Ιζόλδη.
Θα υπάρξει κι άλλη μεγάλη ανακάλυψη μετά από το σωματίδιο Higgs; Ποιος
ξέρει. Στο εξής θα μιλάμε για το σωματίδιο Wang; Σύμφωνα με τον Robert
Bingham, από το Rutherford Appleton Laboratory, που συνεργάζεται με τον
Wang: Δεν σκεφτήκαμε ποτέ πώς πρέπει να ονομαστεί. Συνηθίζαμε να το
αποκαλούμε «βαθμωτό βαρυτικό σωματίδιο».
guardian.co.uk - cerncourier.com
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου