Επιστήμονες πιστεύουν ότι μπορούν να «δουν» μέσα σε αστέρες νετρονίων χρησιμοποιώντας βαρυτικά κύματα — και αυτό που ελπίζουν να βρουν εκεί είναι μια κατάσταση ύλης που υπήρχε μόλις κλάσματα δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Η νέα θεωρητική προσέγγιση ανοίγει τον δρόμο για να απαντηθούν ερωτήματα που παραμένουν ανοιχτά εδώ και δεκαετίες.
Ένας αστέρας νετρονίων είναι ένα από τα πιο ακραία αντικείμενα που γνωρίζουμε στο σύμπαν. Έχει διάμετρο περίπου όσο μια μεγάλη πόλη, αλλά μάζα αρκετές φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο. Η βαρύτητα στο εσωτερικό του είναι τόσο ισχυρή που τα άτομα κυριολεκτικά διαλύονται: τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια συμπιέζονται μεταξύ τους και σχηματίζουν νετρόνια — εξ ου και το όνομα. Αλλά κοντά στον πυρήνα, τα πράγματα μπορεί να γίνονται ακόμα πιο παράξενα.
Εκεί, η πίεση ενδέχεται να είναι τόσο τεράστια ώστε ακόμα και τα νετρόνια να μην αντέχουν — να σπάνε στα συστατικά τους, τα κουάρκ και τα γκλουόνια που κανονικά τα συγκρατούν. Αυτή η κατάσταση ύλης ονομάζεται πλάσμα κουάρκ-γκλουονίων και υπήρχε μόνο τα πρώτα κλάσματα του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Έκτοτε, δεν έχει παρατηρηθεί πουθενά στο σύμπαν — εκτός ίσως από το εσωτερικό αστέρων νετρονίων και από πειράματα σε επιταχυντές σωματιδίων. Αν επιβεβαιωθεί η ύπαρξή του εκεί, θα έχουμε ένα παράθυρο στη φυσική των πρώτων στιγμών της ύπαρξης του σύμπαντος.
Το πρόβλημα είναι ότι δεν μπορούμε να κοιτάξουμε μέσα σε έναν αστέρα νετρονίων με κανένα τηλεσκόπιο. Η λύση, σύμφωνα με ομάδα ερευνητών υπό τον Nicolás Yunes του Πανεπιστημίου του Ιλινόι και τον Abhishek Hegade του Πρίνστον, έρχεται από τα βαρυτικά κύματα. Όταν δύο αστέρες νετρονίων σχηματίζουν ζεύγος και σπειροειδώς πλησιάζουν ο ένας τον άλλον πριν συγκρουστούν, οι παλιρροϊκές δυνάμεις που ασκούν μεταξύ τους παραμορφώνουν τη δομή τους. Αυτή η παραμόρφωση προκαλεί ταλαντώσεις στο εσωτερικό τους — σαν το ήχο μιας καμπάνας που χτυπά — και το μοτίβο αυτών των ταλαντώσεων αποτυπώνεται στα βαρυτικά κύματα που εκπέμπει το ζεύγος.
Το ζητούμενο ήταν να βρεθεί ένας τρόπος να αποκωδικοποιηθεί αυτό το αποτύπωμα. Το εμπόδιο: οι αστέρες νετρονίων κινούνται με ταχύτητες που φτάνουν το 40% της ταχύτητας του φωτός, κάτι που σημαίνει ότι η κλασική νευτώνεια φυσική δεν αρκεί — χρειάζεται η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν. Και εκεί το πρόβλημα γίνεται μαθηματικά πολύπλοκο, γιατί δεν ήταν σαφές αν μπορεί να οριστεί ένα πλήρες σύνολο ταλαντωτικών τρόπων λειτουργίας — modes — στο πλαίσιο της σχετικότητας, όπως γίνεται στη νευτώνεια φυσική.
Η ομάδα των Yunes και Hegade κατάφερε να λύσει αυτό το πρόβλημα χωρίζοντάς το σε επιμέρους κλίμακες: εξέτασαν κάθε αστέρα ξεχωριστά, διαχώρισαν τις περιοχές ισχυρής και ασθενέστερης βαρύτητας, βρήκαν προσεγγιστικές λύσεις για κάθε κλίμακα και τις συνδύασαν. Το αποτέλεσμα ήταν να αποδείξουν ότι τα modes ενός αστέρα νετρονίων σχηματίζουν πράγματι ένα πλήρες σύνολο — και ότι η απώλεια ενέργειας μέσω βαρυτικών κυμάτων αλληλοαναιρείται μαθηματικά. Αυτό σημαίνει ότι, θεωρητικά, μπορούμε να διαβάσουμε την εσωτερική δομή ενός αστέρα νετρονίων από τα βαρυτικά κύματα που εκπέμπει.
Η έρευνα παραμένει προς το παρόν θεωρητική, και οι σημερινοί ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων δεν έχουν την απαραίτητη ευαισθησία για να ανιχνεύσουν αυτές τις λεπτές υπογραφές. Η επόμενη γενιά ανιχνευτών, όμως, ίσως αλλάξει τα δεδομένα. Αν συμβεί αυτό, θα έχουμε για πρώτη φορά έναν τρόπο να κοιτάξουμε μέσα στα πιο πυκνά αντικείμενα του σύμπαντος — και ίσως να δούμε εκεί την ύλη που γέννησε τα πάντα.
