Πρόσωπο με πρόσωπο με τον Αϊνστάιν

Πρόσωπο με πρόσωπο με τον Αϊνστάιν

Συνέντευξη του Αμερικανού αστροφυσικού Shep Doeleman Falling Walls Conference 2019

Της Βάσως Μιχοπούλου

Ο Αμερικανός αστροφυσικός Shep Doeleman έφτασε από τους πρώτους στο πολιτιστικό κέντρο Radyalsystem στις όχθες του ποταμού Spree, στο ανατολικό Βερολίνο το πρωί της 9ης Νοεμβρίου. Ήταν ένας από τους επιστήμονες- “The brightest minds of the planet” – που συμμετείχαν φέτος ως προσκεκλημένοι ομιλητές στο συνέδριο Falling Walls, τον ετήσιο θεσμό συνάντησης της επιστήμης με την κοινωνία στο Βερολίνο. Η εκδήλωση εντάσσεται στο πλαίσιο των επετειακών δράσεων για την Πτώση του Τείχους και κάθε χρόνο καθένας από τους ομιλητές περιγράφει την προσπάθειά του να ρίξει τα δικά του τείχη.

Ο διαπρεπής επιστήμονας του Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (Κέντρου Αστροφυσικής Χάρβαρντ-Σμιθσόνιαν) έριξε τα δικά του τείχη τον περασμένο Απρίλιο παρουσιάζοντας στη συνέντευξη Τύπου του National Science Foundation, στην Ουάσιγκτον το σημαντικότερο πορτρέτο που τραβήχτηκε ποτέ, την πρώτη φωτογραφία μιας μαύρης τρύπας στο Διάστημα. «Αρχίσαμε μια μικρή ομάδα ερευνητών να δουλεύουμε πάνω στο πρότζεκτ σχεδόν πριν δύο δεκαετίες και σήμερα σχεδόν δεν το πιστεύουμε αυτό που συνέβη. Όταν είδαμε την φωτογραφία της μαύρης τρύπας συγκινηθήκαμε πολύ. Η συνειδητοποίηση βέβαια έρχεται σιγά-σιγά όταν αντιλαμβάνεσαι πως η ίδια η φύση σου πρόσφερε κάτι τόσο καθαρό, τόσο αληθινό, τόσο όμορφο. Και στη συνέχεια χαίρεσαι, πετάς από τη χαρά σου», μου εξομολογείται καθισμένος στο φουαγιέ του κτηρίου λίγο πριν ξεκινήσει η διάλεξή του. Με έχει εντυπωσιάσει με την ευγένεια και τη διακριτικότητά του. Απλός, λεπτός και κομψός, σχεδόν αθόρυβος, πολύ ήρεμος, πολύ προσιτός, πολύ αφοσιωμένος όταν του μιλούν, πολύ σκεπτικός όταν απαντάει, με τη συστολή του μεγάλου επιστήμονα που διερευνά τα μυστήρια του Σύμπαντος χωρίς να καλλιεργεί στον εαυτό του την ιδέα πως κατέκτησε όλες τις βεβαιότητες.

Μπαίνω αμέσως στο θέμα ξεκινώντας από διεθνή δημοσιεύματα που έκαναν λόγο για την ανακάλυψη της «πύλης της Κολάσεως» ή ενός «γαλαξιακού τέρατος», καθώς η μαύρη τρύπα έχει διάμετρο 40 δις χιλιόμετρα (3 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τη Γη). Εκείνος χαμογελάει: «Τα έχω υπόψη μου αν και προσωπικά δεν χαρακτήρισα ποτέ την τρύπα ως “πύλη της Κολάσεως”. Ως παιδιά πιστεύαμε ότι υπήρχαν τέρατα γύρω μας, στο φυσικό μας περιβάλλον, κρυμμένα στην ντουλάπα μας ή ακόμη και κάτω από το κρεβάτι μας. Οι αστρονόμοι πιστεύαμε ότι υπήρχαν τέρατα μέσα στο γαλαξία μας αλλά δεν τα βλέπαμε και όταν δεν βλέπεις κάτι το μυθοποιείς. Τώρα είδαμε τι είναι αυτά τα τέρατα και μετατρέψαμε τον φόβο σε μια ευκαιρία να δημιουργήσουμε “Extremes Labs”. Πιστεύω ότι τώρα ξεκινάμε».

Με το βλέμμα στραμμένο στη μαύρη τρύπα

Τον περασμένο Απρίλιο όλα τα βλέμματα παγκοσμίως στράφηκαν σε μία εικόνα: την πρώτη "Μαύρη Τρύπα" που έχει ποτέ καταγραφεί στον γαλαξία μας, 55 εκατ. έτη φωτός μακριά από τη Γη. «Είμαστε στην ευχάριστη θέση να σας αναφέρουμε ότι είδαμε αυτό που, ως σήμερα, θεωρούσαμε ανέφικτο», είχε δηλώσει τότε ο Shep Doeleman, που ηγείται του διεθνούς προγράμματος Telescope Horizon Event (Τηλεσκόπιο Ορίζοντα Γεγονότων) του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών (NSF) των ΗΠΑ και της ΕΕ. «Εκπλαγήκαμε πραγματικά όταν μετά την ανακοίνωση κατεβήκαμε από τα δωμάτιά μας στο λόμπι του ξενοδοχείου και είδαμε ένα πλήθος δημοσιογράφων να μας περιμένουν. Ξέρετε η αστρονομία έχει και κάτι το εξωτικό. Ο άνθρωπος συναρπάζεται από το άγνωστο. Η αλήθεια είναι βέβαια ότι είχαμε λύσει το μεγαλύτερο μυστήριο του Σύμπαντος, αυτό που θωρούσαμε ως ανέφικτο. Σφίξαμε τα χέρια με τον Αϊνστάιν και παράλληλα μέσω της επιστήμης ξεπεράσαμε φυσικά σύνορα ενώνοντας τους ανθρώπους σε ολόκληρο τον κόσμο και αυτό ήταν μαγικό. Νομίζω ότι για αυτό στράφηκαν όλα τα βλέμματα πάνω μας», συμπληρώνει ο καθηγητής, ο οποίος στη διάρκεια της συνέντευξης αναφέρεται συχνά στον Αϊνστάιν. Και πώς μπορεί να μην το κάνει άλλωστε αφού η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας που διατυπώθηκε από εκείνον στις αρχές του 20ού αιώνα περιέγραφε τη βαρυτική δύναμη μέσω των καμπυλώσεων του χωροχρόνου παρουσία μάζας.

FALLING WALLS CONFERENCE 2019

Ο Doeleman μου εξηγεί ότι η ιδέα για τη φωτογράφηση μιας μαύρης τρύπας του Σύμπαντος έχει διττή προέλευση και είχε συλληφθεί αρκετά χρόνια πριν. Από τη μια υπήρχε η αστρονομία και η ιδέα, χωρίς σαφή πειραματική απόδειξη, ότι ο γιγάντιος γαλαξίας Μ87 περιείχε στον πυρήνα του μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, για αυτό και επιστήμονες εργάζονταν ήδη προς αυτή την κατεύθυνση με τηλεσκόπια υψηλής ανάλυσης και από την άλλη υπήρχαν οι θεωρητικοί που επιχειρούσαν προσομοιώσεις της μαύρης τρύπας με υπολογιστές. Στα τέλη του 2000 περισσότεροι από 347 επιστήμονες από εξήντα ερευνητικά ινστιτούτα σε είκοσι χώρες σε Ευρώπη, Αμερική και Ανατολική Ασία ένωσαν τις δυνάμεις τους σε ένα κοσμοϊστορικό διεθνές εγχείρημα που είχε ως αποτέλεσμα αυτό που ζήσαμε τον περασμένο Απρίλιο.

Πειράματα στην Ανταρκτική

Ο ιός της επιστήμης είχε προσβάλει από νωρίς τον αμερικανό καθηγητή. Ο ίδιος μου διηγείται πως ο πατέρας του που δίδασκε επιστήμη στο λύκειο ήταν η αιτία να αγαπήσει την έρευνα. Η αφορμή δόθηκε κάπου πιο μακριά στην Ανταρκτική όταν ο 19χρονος τότε Doeleman, ως φοιτητής Φυσικής πέρασε 13 μήνες στον ερευνητικό σταθμό McMurdo διενεργώντας πειράματα και στήνοντας επιστημονικά όργανα για παρατηρήσεις. «Μου άρεσε η εξερεύνηση του περιβάλλοντος και ειδικότερα η παρατήρηση με όργανα, ήταν μεγάλη πρόκληση», συμπληρώνει ο ίδιος. Μια αντίστοιχη πρόκληση ήταν και η προσπάθεια φωτογράφισης ενός σημείου στο Σύμπαν -μαύρη τρύπα- που ρουφάει στην κυριολεξία ό, τι το περιβάλλει, καλυπτόμενο από ένα νέφος σκόνης. Ενός σημείου στο χώρο με άπειρη πυκνότητα και μηδενικό μέγεθος, με τεράστια μάζα που έλκει τα πάντα γύρω του, ακόμα και το ίδιο το φως.

Ο καθηγητής κατά τη διάλεξή του περιέγραψε βήμα προς βήμα τη μέθοδο των επιστημόνων που συμμετείχαν στο διεθνές πρόγραμμα. Το καθοριστικό ήταν η χρήση ενός ραδιοτηλεσκοπίου, τόσο μεγάλου ώστε να εστιάζει στον πυρήνα ενός γαλαξία σε απόσταση αρκετών δισεκατομμυρίων χιλιομέτρων από τη Γη διαθέτοντας ένα κάτοπτρο πολλαπλάσιας διαμέτρου από αυτής του ηλιακού μας συστήματος. Οι υπολογισμοί κατέληξαν σε ένα ραδιοτηλεσκόπιο με επιφάνεια κατόπτρου στις διαστάσεις της Γης, για τη δημιουργία του οποίου χρησιμοποιήθηκε η τεχνική του Very Long Baseline Interferometry (VLBI) που βασίζεται στη σύνθεση μικρότερων ραδιοτηλεσκοπίων, τα οποία ήδη βρίσκονταν διάσπαρτα σε διάφορα σημεία της γης, σε τέσσερις ηπείρους (Αριζόνα, Χιλή, Μεξικό, Ανταρκτική, Χαβάη και Ισπανία). Με το συγχρονισμό κάθε τηλεσκοπίου μέσω ενός δικτύου ατομικών ρολογιών, η ομάδα δημιούργησε ένα εικονικό τηλεσκόπιο με επιφάνεια όσο είναι η απόσταση των πιο απομακρυσμένων τηλεσκοπίων. Τα τηλεσκόπια μπορούσαν να συλλέγουν δεδομένα για την μαύρη τρύπα ταυτόχρονα, να τα προωθούν σε υπερυπολογιστές και μετά από επεξεργασία να τα αποστέλλουν στους αστροφυσικούς για ανάλυση μέσω χρήσης πολύπλοκων αλγορίθμων. «Το ΕΗΤ τηλεσκόπιο είναι ένα “θησαυρός”. Βέβαια, είχαμε έναν τεράστιο όγκο δεδομένων να διαχειριστούμε, καθώς “τρέχαμε” μια τριπλή επεξεργασία με όχι έναν, αλλά με τρείς αλγορίθμους. Ο όγκος δεδομένων που επεξεργαστήκαμε συνολικά ήταν 5 PB ή αλλιώς 5 εκατομμύρια USB του 1GB. Αρχικά δεν είχαμε ιδέα για το τι θα βλέπαμε, αλλά όταν σε στοιχειώνει ο Αϊνστάιν δεν θες να αποτύχεις», σχολιάζει ο διαπρεπής επιστήμονας, συμπληρώνοντας πως τελικά το πρώτο πράγμα που είδαν μετά την ανάλυση δεδομένων ήταν ένα λαμπρό δαχτυλίδι με ένα σκοτεινό κέντρο, δηλαδή αυτό ακριβώς που περιγράφει η θεωρία και που είχαν προβλέψει με τις προσομοιώσεις τους. Αυτή ήταν η πρώτη φωτογραφία μιας μαύρης τρύπας του γιγάντιου γαλαξία Messier 87 (Μ87) με μάζα ίση με αυτή που έχουν 6,5 δισεκατομμύρια Ήλιοι, που επαλήθευσε τη Θεωρία της Σχετικότητας. Και για την ακρίβεια ήταν η φωτογραφία της «σκιάς» που αυτή ρίχνει στο φωτεινό υπόβαθρο της σκόνης και των αερίων που στροβιλίζονται γύρω της, καθώς είναι αδύνατο να διακρίνει κανείς τι πραγματικά συμβαίνει μέσα στη μαύρη τρύπα.

Τι μάθαμε από την πρώτη φωτογραφία

Οι επιστήμονες κατάφεραν να αποκτήσουν μια εικόνα του περιβάλλοντος της μαύρης τρύπας (του ορίζοντα γεγονότος), δηλαδή της οριακής περιοχής πέρα από την οποία δεν υπάρχει σημείο επιστροφής, ούτε καν για το φως. Αυτός είναι ο λόγος που το κατασκότεινο εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας δεν μπορεί να φωτογραφηθεί. Τι μάθαμε όμως τελικά; «Καταρχήν επιβεβαιώνεται ο Αϊνστάιν και κατά δεύτερον έχουμε την καλύτερη απόδειξη για την ύπαρξη μαύρων οπών με τεράστια μάζα». Μέχρι σήμερα η ύπαρξη τους επιβεβαιωνόταν έμμεσα από τις βαρυτικές και άλλες επιδράσεις που ασκούν στο περιβάλλον τους, αλλά ποτέ κανείς δεν τις είχε δει.

NANOGRAV.ORG

Ρωτάω τον καθηγητή αν οι παρατηρήσεις με το ΕΗΤ ή με παρόμοιες κατασκευές μας βοηθήσουν να αναπτύξουμε μια θεωρία για την κβαντική βαρύτητα: «Δεν μπορώ να απαντήσω ούτε θετικά, ούτε αρνητικά, αλλά πρέπει να είμαστε προετοιμασμένοι για όλα. Γεγονός είναι ότι το EHT άνοιξε ένα νέο παράθυρο στις μαύρες τρύπες και μας επιτρέπει να κάνουμε μετρήσεις ακριβείας κοντά στον ορίζοντα γεγονότος. Βέβαια βλέπουμε μόνο τη σκιά που τον καλύπτει. Το τι μπορεί να κρύβεται από κάτω δεν ξέρουμε. Είμαστε τυχεροί που το National Science Foundation μας επιβράβευσε με το Breakthrough Prize in Fundamental Physics 2020, βραβείο που μεταφράζεται σε 3 εκατομμύρια δολάρια για να πάμε την έρευνά μας πιο πέρα. Όσο προχωράς θέτεις ερωτήματα. Και όσο απαντάς τόσα περισσότερα προκύπτουν. Αυτή εξάλλου είναι και η μαγεία της επιστήμης».

Το επόμενο βήμα του καθηγητή και ολόκληρης της ομάδας του ΕΗΤ είναι η δημιουργία μιας ταινίας που θα αποτυπώνει τις κινήσεις της ύλης και τις αναταράξεις γύρω από τη μαύρη τρύπα. «Πριν δέκα χρόνια είχαμε κάνει μια δημοσίευση που προέβλεπε την φωτογράφηση της μαύρης τρύπας. Το καταφέραμε δύο μήνες πριν ολοκληρωθεί η δεκαετία. Τώρα ξαναλέω το ίδιο και ευελπιστώ μέσα στην επόμενη δεκαετία να δούμε την ταινία. Στόχος μας είναι να δημιουργήσουμε πολλά και μικρά τηλεσκόπια και να γεμίσουμε με αυτά κάθε μαύρη τρύπα στο Διάστημα. Αυξάνοντας τη συχνότητα παρατήρησης από το 1 στα 25 sec θα μπορούμε να προχωρήσουμε στη λήψη διαδοχικών στιγμιότυπων (snapshots) και να παραγάγουμε ταινίες μαύρων οπών σε δράση σε πραγματικό χρόνο».

Ολοκληρώνοντας αυτή τη συνέντευξη δεν μπορώ να μη ρωτήσω τον καθηγητή για το ποιά θεωρεί ως την επόμενη επανάσταση στην επιστήμη. «Αν με ρωτάτε γενικά θα πω πως η Τεχνητή Νοημοσύνη μας επιφυλάσσει πολλές εκπλήξεις, που θα επηρεάσουν πολλούς τομείς της ζωής μας. Εξελίξεις προβλέπω στην κβαντική υπολογιστική και στον τομέα της υγείας. Αναφορικά με την Αστρονομία έρχονται τα Large Synoptic Survey Telescope (LSST), που είναι μια πολλά υποσχόμενη νέα γενιά τηλεσκοπίων. Ξέρετε δημιουργώντας ένα όργανο πολλές φορές βλέπεις διαφορετικά πράγματα από αυτά που νομίζεις πως θα δεις, οπότε δεν μπορώ να κάνω προβλέψεις. Τα LSST αποτελούν το 'κλειδί' να ανοίξουμε μια πόρτα που δεν ξέρουμε ακόμη ποια θα είναι και που θα μας οδηγήσει. Μερικές φορές ακόμη και με τα υπάρχοντα τηλεσκόπια γυρνώντας προς τα πίσω μπορούμε να δούμε πράγματα που δεν είχαμε δει. Θα δείξει».