Fale grawitacyjne

Eksperyment z wykorzystaniem czujników kwantowych umożliwi wykrycie pojedynczych grawitonów – cząstek, z których składa się grawitacja – co do tej pory uważano za niemożliwe.

Albert Einstein przewidział wiele zjawisk, które potem zostały potwierdzone przez obserwacje i eksperymenty. Jednym z nich są fale grawitacyjne, czyli zmarszczki w przestrzeni-czasie, które powstają pod wpływem ruchu mas. Innym jest stymulowana emisja promieniowania, czyli zjawisko, które leży u podstaw działania laserów. Czy te dwa efekty mogą się połączyć w coś jeszcze bardziej niezwykłego? Nowe badanie sugeruje, że tak – i że w kosmosie mogą istnieć lasery grawitacyjne, które strzelają z czarnych dziur.

Wszechświat ma własny chór. Nie jest to chór ludzkich głosów, lecz fal grawitacyjnych, które powstają podczas zderzania się supermasywnych czarnych dziur. Astronomowie z całego świata, korzystając z nowatorskiej metody detekcji, po raz pierwszy zarejestrowali to wszechobecne tło fal grawitacyjnych, które wypełnia kosmos.

Mogłoby się wydawać, że jeżeli spojrzymy w okular teleskopu to na niebie zobaczymy przestrzeń kosmiczną taką, jaka faktycznie jest, bez żadnych przekłamań. Do pewnego stopnia tak jest, ale jednak kosmos ma swoje sposoby na to, aby nas oszukać. Tak oto powstają dżety pozornie podróżujące z prędkościami nadświetlnymi.

Fale grawitacyjne emitowane w zderzeniach czarnych dziur docierają do Ziemi bezustannie. Ostatnio jednak jedna z takich fal przyniosła ze sobą informacje o dość nietypowym zderzeniu dwóch czarnych dziur. Naukowcy wskazują, że takiego czegoś jeszcze nie obserwowali.

W momencie połączenia się dwóch czarnych dziur wyemitowane zostały fale grawitacyjne. Zważając na to, że fale wyemitowane zostały silniej w jednym kierunku, czarna dziura została wystrzelona w kierunku przeciwnym.

Za każdym razem kiedy astronomowie odkrywają zderzenie dwóch czarnych dziur z danych wychodzi, że zderzają się one krążąc wokół siebie po nietypowych orbitach. Teraz zespół z Kopenhagi postanowił sprawdzić dlaczego tak się dzieje.

Choć od czterystu lat ludzie wpatrują się w niebo za pomocą coraz bardziej zaawansowanych teleskopów, które są w stanie dostrzec znacznie więcej niż ludzkie oczy, to wciąż w danych pojawiają się obiekty oraz struktury, których nikt jeszcze nigdy nie widział. Tak też było i tym razem.

Wszystko wskazuje, że naukowcy odkryli w odległych rejonach wszechświata dwie supermasywne czarne dziury, które są już tak blisko siebie, że wkrótce zleją się w jedną jeszcze większą supermasywną czarną dziurę.

Tunele czasoprzestrzenne (gdyby na pewno istniały) mogą z zewnątrz przypominać czarne dziury. Jednak różnią się od nich tym, że gdy jakiś obiekt wpada do takiej, to już w niej zostaje. Gdy coś zaś wpadnie do tunelu, może przelecieć przez niego na drugą stronę. A gdyby to była czarna dziura? Takie zjawisko mogłyby wykryć detektory fal grawitacyjnych.

Nowo powstała supermasywna czarna dziura może zostać wyrzucona z galaktyki wraz z najbliższymi jej gwiazdami siłą odrzutu po emisji fal grawitacyjnych i przemierzać niezauważenie przestrzeń międzygalaktyczną.

Międzynarodowy zespół astronomów opublikował właśnie nowy katalog zarejestrowanych fal grawitacyjnych. Do puli dotychczasowych zderzeń we wszechświecie dołączyło właśnie rekordowe 35 nowych. I pomyśleć, że w 2015 roku naukowcy nie byli wciąż pewni czy fale grawitacyjne da się w ogóle zarejestrować.

W styczniu 2020 r. detektor LIGO zarejestrował fale grawitacyjne pochodzące z galaktyk oddalonych od nas o 900 mln lat świetlnych. Analiza sygnału wskazuje, że w końcu udało się zarejestrować coś nowego. Dziesięć dni później do Ziemi dotarł drugi taki sygnał.

Z czarnymi dziurami to jest taki problem, że są czarne. Na tle czarnego nieba astronomowie mają nie lada problem, aby je w ogóle dostrzec. Z tego też powodu, chociaż od dziesięcioleci wiemy o ich istnieniu, to pierwsze (i jak dotąd jedyne) „zdjęcie” czarnej dziury udało się wykonać dopiero w 2019 roku.

Astronomowie ze Szwajcarii i Danii zaproponowali właśnie fascynującą wręcz koncepcję misji sondy kosmicznej lecącej do najdalszych planet Układu Słonecznego.

Ponad trzy lata temu astronomowie po raz pierwszy zaobserwowali zarówno fale grawitacyjne jak i promieniowanie świetlne wyemitowane w zderzeniu dwóch gwiazd neutronowych. Problem w tym, że już dawno nie powinno być po nim śladu. A  jest. 

Czarne dziury pozornie są bardzo prostymi obiektami: masa, promień, spin i tyle. O ile oczywiście to w ogóle są czarne dziury.

Wraz z opublikowaniem najnowszego katalogu zarejestrowanych na Ziemi fal grawitacyjnych liczba dotychczas odkrytych tego typu sygnałów wzrosła czterokrotnie. Astronomia fal grawitacyjnych staje się źródłem zupełnie nowej wiedzy o wszechświecie.

Astronomowie najprawdopodobniej odkryli najmasywniejsze zderzenie dwóch czarnych dziur spośród dotychczas zarejestrowanych. Do chaotycznego połączenia się obu obiektów doszło około 7 mld lat temu, a właśnie teraz dotarł do nas wyemitowany wtedy sygnał.

Poszukiwanie planet pozasłonecznych to intensywnie rozwijająca się dziedzina astronomii. Najnowsze badania jednak wskazują, że wkrótce, korzystając z fal grawitacyjnych, będziemy w stanie szukać planet nie tylko w naszym najbliższym otoczeniu, ale także w innych galaktykach.