Fale grawitacyjne - Najnowsze informacje

Fale grawitacyjne wysyłane są przez masywne obiekty pozostające w ruchu NASA
Podziel się

Fale grawitacyjne to jedno z ostatnich fascynujących odkryć astronomicznych. Pochodzą ze wzajemnego oddziaływania masywnych obiektów i rozchodzą się w czasoprzestrzeni z prędkością światła.

Fale grawitacyjne – czym są?

Fale grawitacyjne w przełożeniu na życie codzienne można porównać do ruchu tafli wody po wrzuceniu do niej pewnego obiektu. Jeśliby na powierzchni znalazły się oka tłuszczu, można by zauważyć, że powstałe fale wydłużają je, zmieniając ich kształt. Według ogólnej teorii względności Alberta Einsteina podobnie dzieje się w czasoprzestrzeni, gdy w jakiejś jej część oddziałują na siebie dwa masywne obiekty astronomiczne. W przestrzeń wysyłane są fale grawitacyjne, które nieznacznie zniekształcają napotykane na swojej drodze obiekty. Przyjmuje się, że fale grawitacyjne poruszają się w czasoprzestrzeni z prędkością równą prędkości światła.

Fale grawitacyjne – badania pośrednie

Przez lata naukowcy prowadzili szereg badań, które pośrednio wpłynęły na sukces wykrycia fal grawitacyjnych. Najpierw Russell Hulse i Joseph Taylor podczas obserwacji układu podwójnego PSR B1913+16 (pulsara i gwiazdy neutronowej), zauważyli, że te dwa obiekty okrążające się wzajemnie zmniejszają swoją prędkość wskutek emisji energii, jaką są fale grawitacyjne. Odkrycie zapewniło im Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1993 roku.

Sześć lat później satelita ROSAT, wysłany na niską orbitę okołoziemską, odnalazł kilkadziesiąt tysięcy źródeł promieniowania, w tym jedno oddalone o 1600 lat świetlnych od Ziemi, nazwane J0806. Jak się okazało, są to dwa krążące wokół siebie białe karły, które poprzez swój ruch wytwarzają ogromne ilości energii. Na rok 2034 planowane jest wystrzelenie sondy eLISA przez Europejską Agencję Kosmiczną. Jej zadaniem ma być potwierdzenie teorii o układzie J0806, jako źródle fal grawitacyjnych.

Fale grawitacyjne – odkrycie

O możliwości istnienia fal grawitacyjnych informował już w 1915 roku Albert Einstein, podczas formułowania ogólnej teorii względności. Dowiedzenie tego przez lata sprawiało naukowcom problemy, ze względu na bardzo nikła wykrywalność fal. Śladem mogłyby być zniekształcenia obiektów, na które fale natrafiają, jednak należy tu mówić o zmniejszeniu prawie niezauważalnym, bo średnio o 10−19 m w przypadku ciała o długości 400 km.

Dużym ułatwieniem w wykryciu fal grawitacyjnych okazał się detektor fal grawitacyjnych, w którego budowie zastosowano interferometr laserowy.

Pierwszym, choć fałszywym, sygnałem detekcji fal grawitacyjnych był komunikat naukowców z Harvard Smithsonian University Centre for Astrophysics, którzy badali zjawisko przy pomocy teleskopu BICEP. Według ekspertów dojść miało bowiem do zarejestrowania zniekształceń polaryzacji światła, pochodzącego rzekomo z pierwszych momentów po Wielkim Wybuchu. W rzeczywistości zakłócenia spowodowane są pyłem z Drogi Mlecznej.

Fale grawitacyjne a LIGO

Ostatecznie detekcji fal grawitacyjnych dokonali naukowcy z międzynarodowego zespołu, którzy badania oparli na działaniu interferometru laserowego LIGO. System składa się z dwóch urządzeń ulokowanych w dwóch miejscach w Stanach Zjednoczonych: w Richland, w stanie Waszyngton, oraz w Livingston, w Luizjanie. Dualizm miał dać pewność wyłapania odpowiednich fal, nie zaś tych mechanicznych pochodzących z wnętrza lub powierzchni Ziemi.

Oba te urządzenia składają się z dwóch położonych do siebie prostopadle rur o długości 4 km, odpowiednio wyciszonych i izolowanych przez niepożądanymi wstrząsami. Z punktu początkowego (emitera) puszczana jest wiązka laserowa, która dzięki zwierciadłu zostaje rozszczepiona na dwie wiązki uchodzące do dwóch rur. Na ich końcach również znajdują się zwierciadła, które wiązki odbijają, a te kierują się do detektora. W momencie, gdy przez Ziemię przechodzą fale grawitacyjne (co miało miejsce 14 września 2015 roku), odległość między lustrami a emiterem zmniejsza się i zwiększa, co wykrywa detektor. W przypadku odkrycia fal grawitacyjnych za pomocą LIGO chodziło o fale emitowane przez dwie orbitujące wokół siebie czarne dziury oddalone od Ziemi o miliard lat świetlnych.

Badania zostały potwierdzone i ostatecznie opublikowane 11 lutego 2016 roku. Pracowali nad nim naukowcy z Caltech (Kip Thorne i Ronald Drever), MIT (Rainer Wiess) oraz badacze z innych instytutów, między innymi Polacy, na czele z profesorem Andrzejem Królakiem.