Dzisiaj o godzinie 16:30 odbyła się konferencja prasowa zespołu LIGO (Laserowe Obserwatorium Interferometryczne Fal Grawitacyjnych). Naukowcy potwierdzili detekcję fal grawitacyjnych, których istnienie zostało przewidziane w ogólnej teorii względności. To odkrycie otwiera przed nami zupełnie nowe możliwości badania Wszechświata. Jesteśmy świadkami narodzin kompletnie nowej gałęzi astronomii.

Zacznijmy jednak od początku…

Istnienie fal grawitacyjnych zostało przewidziane w 1916 roku przez Alberta Einsteina. On sam nie wierzył jednak, że kiedykolwiek będziemy w stanie potwierdzić istnienie tego zjawiska. Fale grawitacyjne powodują bardzo słabe zniekształcenia czasoprzestrzeni. Jeśli przez naszą planetę przeniknęłaby taka fala to spowodowałaby odkształcenie obiektu długości 400 km o zaledwie 10-19 m. Źródłami fal grawitacyjnych mogą być przede wszystkim układy podwójne gwiazd zawierające składniki zwarte: gwiazdy neutronowe i czarne dziury.

Właśnie jeden z takich układów podwójnych został odkryty przez Rusella Hulsa oraz Josepha Taylora podczas przeglądu radiowego wykonywanego w Obserwatorium Arceibo w 1974 roku. Odkryty układ podwójny składał się z pulsara i gwiazdy neutronowej. Znany jest pod nazwą PSR 1913+16. Dokładne obserwacje pokazały, że układ ten traci energię – orbita ulega skróceniu. Utrata energii zachodzi dokładnie w takim tempie, w jakim przewiduje to model generacji fal grawitacyjnych. Jest to bardzo mocny pośredni dowód przemawiający za występowaniem takiego zjawiska. W 1993 roku odkrywcy układu otrzymali za swoje osiągnięcia nagrodę Nobla.

Ale w fizyce takie pośrednie dowody nie są wystarczające… Pojawiła się oczywista konieczność sprawdzenia czy fale grawitacyjne rzeczywiście istnieją. W przypadku fal elektromagnetycznych rejestrujemy energię, która jest niesiona przez fale. Układ Słońce – Jowisz emituje energię grawitacyjną z mocą rzędu 50 MW, ale za to dwie gwiazdy neutronowe o masach Słońca, obiegające się w tempie trzech obiegów na sekundę, stanowią źródło o mocy 3•1039 W. Taka moc może wydawać się ogromna, lecz musimy pamiętać, że takie obiekty są bardzo odległe od nas, w konsekwencji czego na Ziemi mamy do czynienia z bardzo znikomymi energiami.

Wobec tego można by zamiast energii spróbować rejestrować zaburzenia geometrii czasoprzestrzeni. W 1992 roku powstał pomysł budowy detektora, który umożliwiłby detekcję takiego zjawiska. Projekt ten jest znany pod nazwą LIGO (Laserowe Obserwatorium Interferometryczne Fal Grawitacyjnych). LIGO jest wspólnym przedsięwzięciem naukowców z MIT, Caltech i wielu innych szkół wyższych. Początkowo naukowcy mieli problemy z uzyskaniem finansowania. Głównymi oponentami projektu byli astronomowie, którzy nie wierzyli, że to przedsięwzięcie może coś dać astronomii. Na szczęście opinie się zmieniły. Od sierpnia zeszłego roku projekt LIGO funkcjonuje w nowej odsłonie (Advanced LIGO), wsparty przez niemiecki projekt GEO600 oraz australijski ANU, co pozwoliło na wyraźny wzrost precyzji detekcji.

Sukces zespołu LIGO jest nie tylko potwierdzeniem ogólnej teorii względności. To początek nowych badań Wszechświata. Dzięki falom grawitacyjnym będziemy mogli na przykład badać wnętrza gwiazd neutronowych oraz zjawiska zlewania się czarnych dziur. Źródłem fal grawitacyjnych może być również dynamiczna ekspansja młodego Wszechświata. Detekcja takich fal ma ogromne znaczenie dla kosmologii.

Obecnie planowane jest również umieszczenie detektorów poza Ziemią. Będzie się tym zajmował projekt eLISA (extended Laser Interferometer Space Antenna) prowadzony przez ESA. Celem projektu jest stworzenie gigantycznego interferometru, złożonego z trzech sztucznych satelitów umieszczonych na orbicie okołoziemskiej w formacji trójkąta równobocznego.

Miejmy nadzieję, że sukces zespołu LIGO pomoże innym projektom w rozbudowie oraz otworzy możliwości do nowego sposobu badania Wszechświata.

Autor

Marcin Kastek
Marcin Kastek

Miłośnik astronomii związany z Klubem Astronomicznym Almukantarat od 2014 roku.