Potężne trzęsienie czasoprzestrzeni

 

Dawno temu w odległej galaktyce doszło do niewyobrażalnie wielkiej katastrofy. Nie chodzi tu jednak o filmowe "Gwiezdne Wojny" i upadek Galaktycznego Imperium, ale o wydarzenia, które naprawdę miały miejsce. Astrofizycy zarejestrowali ślady potężnego kataklizmu, który wstrząsnął – dosłownie – Wszechświatem.

Fale grawitacyjne przez dziesięciolecia były świętym Graalem fizyki teoretycznej – na ich odkrycie czekaliśmy prawie 100 lat. Gdy w 1915 roku Albert Einstein ogłosił swoją teorię względności, przyjął, że siła grawitacji wynika z zakrzywienia czasoprzestrzeni, zniekształcanej przez masę, a zniekształcenia te, nazywane zmarszczkami czasoprzestrzeni, mogą poruszać się z prędkością światła.

 

Problem polegał na tym, że do teorii Einsteina brakowało dowodów. Były pośrednie przesłanki wskazujące, że genialny fizyk ma rację – wskazywało na to nagrodzone Noblem odkrycie z 1974 roku, kiedy to Russell Hulse i Joseph Taylor odkryli układ składający się z pulsara, wirującego wokół innej gwiazdy. Teoria Einsteina zakładała, że wysyłający fale grawitacyjne układ powinien tracić energię, czego potwierdzeniem było odkrycie, że orbita pulsara zacieśnia się o 3,5 metra rocznie.

Problem polegał na tym, że – choć było to zgodne z teorią względności – wciąż brakowało mierzalnego i bezpośredniego potwierdzenia istnienia fal grawitacyjnych, a nie tylko domniemanych efektów ich oddziaływania.

 

Wszystko zmieniło się, gdy 14 września 2015 roku fale grawitacyjne zostały zarejestrowane przez dwa detektory LIGO w Waszyngtonie i Luizjanie. To dwa wielokilometrowe tunele ułożone w kształt litery L, w których znajduje się dużo "niczego" – rury z (prawie) próżnią, w których odbijana jest wiązka lasera, ulegająca zniekształceniom w przypadku przejścia fali grawitacyjnej, co można wykryć, porównując wiązki z obu ramion detektora. Dzięki nim jesteśmy w stanie wykrywać i dokonywać pomiarów niewyobrażalnie małych odkształceń, miliardy razy mniejszych od jądra atomu.

 

 

Zebrane przez detektory dane, będące wynikiem zderzenia dwóch czarnych dziur były następnie miesiącami analizowane przez setki naukowców, w tym również Polaków skupionych w zespole badawczym Polgraw. Ich badania ostatecznie potwierdziły: fale grawitacyjne istnieją i możemy je zarejestrować.

Od tamtego czasu dwa detektory zarejestrowały fale grawitacyjne jeszcze dwukrotnie, ale 1 sierpnia tego roku do obserwacji Wszechświata dołączył kolejny, europejski detektor Virgo, działający we Włoszech. Wystarczyły dwa tygodnie, by detektor – wspólnie ze sprzętem amerykańskim – wykrył kolejne wstrząsy czasoprzestrzeni. Odkrycie to jest pierwszym przypadkiem zarejestrowania fal grawitacyjnych przez trzy niezależne detektory.

 

Ponieważ detektory znajdują się tysiące kilometrów od siebie to opóźnienie, z jakim odebrały sygnał pozwala na obliczenie obszaru Wszechświata, będącego jego źródłem. Według obliczeń badaczy źródłem sygnału była kolizja dwóch czarnych dziur o masie 31 i 25 razy większej od Słońca. Nowopowstała czarna dziura ma masę około 53 mas Słońca, a zatem, jeśli dobrze policzymy, to rachunek się nam nie zgodzi. Bez obaw, fizyka to nie pieniądze z OFE – tu nic nie ginie. Jak podaje Polgraw:

W czasie zlewania się czarnych dziur około 3 masy Słońca zostały zamienione w energię wypromieniowanych fal grawitacyjnych.

 

Właśnie te fale zostały, po 1,8 mld (to nie błąd – chodzi o prawie dwa miliardy lat) od kolizji odebrane na Ziemi. Warto zauważyć, że te 3 masy Słońca oznaczają ilość uwolnionej energii, przekraczającą zdolności wyobrażenia większości z nas. Dość wspomnieć, że – jak obrazowo porównał Piotr Cieśliński z Wyborczej – najpotężniejsza eksplozja wywołana ręką człowieka, czyli eksplozja 50-megatonowej Car Bomby, odpowiada zamianie w energię zaledwie ok. 3 kg masy. 

Dzięki falom grawitacyjnym astrofizycy otrzymali nowe narzędzie, które sprawdzi się tam, gdzie nie potrafimy zajrzeć, bazując na obserwacji światła. Badając fale grawitacyjne, jesteśmy w stanie dotrzeć z różnymi pomiarami do bardzo odległych obszarów, które dotychczas pozostawały poza naszym zasięgiem.    

 

     Opracował Rafał Nieściór (źródło tech.wp.pl)