Tak, to prawda – fale grawitacyjne naprawdę istnieją! W odkryciu swój udział mieli Polacy
Fale grawitacyjne zostały odkryte, a raczej przewidziane za pomocą obliczeń, przez Alberta Einsteina. Nigdy jednak nie zdołaliśmy ich wykryć. Agencje kosmiczne na całym świecie planowały multum misji mających w końcu potwierdzić odkryte teoretycznie zjawisko. Już nie muszą.
Źródłami fal grawitacyjnych mogą być układy podwójne gwiazd zawierające gwiazdy neutronowe i czarne dziury. Zlewające się ze sobą pary takich gwiazd, w tym pary supermasywnych czarnych dziur, są prawdopodobnie powiązane z niektórymi krótkotrwałymi błyskami gamma. Brane są również pod uwagę pary „mieszane”, czyli takie, w których stosunek mas jest bardzo duży: masywna czarna dziura w centrum galaktyki może pochwycić gwiazdę lub czarną dziurę o masie gwiazdowej.
Innym źródłem fal grawitacyjnych może być dynamiczna ekspansja młodego wszechświata. Powstałe w ten sposób tło zawierałoby fale, których długość zostałaby rozciągnięta aż do naszego obecnego horyzontu kosmicznego.
A czym są fale grawitacyjne?
Istnienie fal grawitacyjnych wynika z ogólnej teorii względności. Są to przemieszczające się z prędkością światła zmarszczki czasoprzestrzeni, których źródłem są ciała poruszające się z przyspieszeniem. Obserwowalne fale grawitacyjne powinny powstać, jeżeli ciało, które jest ich źródłem ma ogromną masę i przyspieszenie. Dotychczas wpływ fal grawitacyjnych udało nam się zaobserwować jedynie pośrednio – na przykład jako zmianę prędkości obiektów na skutek emisji fal. Na tym opierała się słynna obserwacja ruchu dwóch gwiazd neutronowych, która przyniosła w 1993 roku nagrodę Nobla Russelowi Hulse’owi oraz Josephowi Taylorowi.
Przez naszą planetę muszą przechodzić fale grawitacyjne z kosmosu, powodując chwilowe odkształcenia rozmiaru wszystkich obiektów fizycznych. Odkształcenia są minimalne – zaledwie 10-19 m dla obiektów o wielkości 400 km. Są więc niezwykłe małe – ale możliwe do zaobserwowania.
Jak odkryto fale grawitacyjne?
Dokonano tego równo 100 lat po ogłoszeniu ogólnej teorii względności udało się potwierdzić doświadczalnie istnienie fal grawitacyjnych. Wykorzystano do tego celu trzy ogromne detektory fal – dwa LIGO i jeden Virgo. LIGO został niedawno rozbudowany o nowe instrumenty, przez co zwiększono jego czułość dziesięciokrotnie. Jednocześnie zmieniono jego nazwę na Advanced LIGO. Gdy przez interferometr przechodzi fala grawitacyjna, jedno z jego ramion powinno na moment się wydłużyć, przez co fale lasera zainstalowanego na obu ramionach przestają się wzajemnie niwelować.
Wykryte fale pochodziły z połączenia się dwóch czarnych dziur. Gdy te się złączyły, część ich masy została zamieniona w gigantyczną ilość energii, która była większa niż wszystko inne co emituje wszechświat… razem wzięte. Tak narodziła się fala grawitacyjna, która dotarła do nas po miliardzie lat od tego zdarzenia.
W odkryciu swój udział mieli Polacy. Nasz zespół kierowany przez prof. Andrzeja Królaka odpowiadał za analizę i przetwarzanie danych. To właśnie dzięki ich pracy było możliwe „wyczyszczenie” charakterystyki fali grawitacyjnej z kosmicznego szumu.
Wiedząc jak wykrywać fale grawitacyjne i wiedząc, że te w ogóle istnieją, możemy polować na zupełnie nowe okazje do obserwacji wszechświata i zgłębiania jego tajemnic. Niezakłócone przez opór materii dają niesamowicie czytelne informacje na temat źródeł, z których pochodzą. Dzięki nim będziemy mogli się znacznie więcej dowiedzieć na temat gwiazd neutronowych, supernowych i innych do tej pory trudno dostępnych dla nas ciałach niebieskich.
