Co jsou gravitační vlny?
Gravitační vlny jsou změny v gravitačním poli, které se šíří
Polarizovaná gravitační vlna
V obecné teorii relativity, stejně jako vVětšina ostatních moderních naznačuje, že gravitační vlny vznikají z pohybu masivních těles s proměnným zrychlením. Gravitační vlny se šíří volně v prostoru rychlostí světla. Jsou velmi malé a obtížně se registrují.
Gravitační vlny byly poprvé objevenyv září 2015 dva dvojité detektory observatoře LIGO, které detekovaly gravitační vlny pravděpodobně vzniklé spojením dvou černých děr a vytvořením jedné masivnější rotující černé díry.
Jakákoli dvojitá hvězda, když se její součásti otáčejíkolem společného těžiště ztrácí energii (jak se předpokládá - v důsledku vyzařování gravitačních vln) a nakonec se spojí dohromady. Ale u obyčejných, nekompaktních, dvojhvězd tento proces trvá velmi dlouho, mnohem déle než současný věk vesmíru.
Pokud dvojitý kompaktní systém sestává zpáry neutronových hvězd, černé díry nebo kombinace obou, ke sloučení může dojít za několik milionů let. Nejprve se objekty k sobě přibližují a jejich oběžná doba se snižuje. V konečné fázi pak dojde ke kolizi a asymetrickému gravitačnímu kolapsu. Tento proces trvá zlomek sekundy a během této doby se energie uvolňuje do gravitačního záření, které podle některých odhadů tvoří více než 50% hmotnosti systému.
Jak se nacházejí gravitační vlny?
Odhalit gravitační vlny kvůli jejich slabosti je poměrně obtížné. Zařízení pro jejich registraci jsou detektory gravitačních vln. Od konce 60. let 20. století probíhají pokusy o detekci.
Gravitační vlny detekovatelné amplitudyse rodí během kolapsu dvojitého pulsaru. K podobným událostem dochází v okolí naší galaxie přibližně jednou za dekádu. Nejsilnějšími a nejčastějšími zdroji gravitačních vln pro gravitační teleskopy a antény jsou katastrofy spojené s kolapsem binárních systémů v blízkých galaxiích. Očekává se, že v blízké budoucnosti bude na vylepšených gravitačních detektorech zaznamenáno několik podobných událostí za rok, které zkreslí metriku v okolí Země o 10−21—10−23.
Dvě tělesa pohybující se po kruhových drahách kolem společného těžiště
Nové způsoby detekce gravitačních vln
V roce 2017 vědci, kteří provedli experiment podLaserová interferometrická gravitační vlnová observatoř (LIGO) získala Nobelovu cenu za fyziku za vůbec první přímou detekci gravitačních vln produkovaných sloučením dvou černých děr vzdálených asi 1,3 miliardy světelných let od Země. Vlny generované touto srážkou narušily pozadí gravitačních vln vesmíru a dosáhly Země.
Kromě těchto jednorázových silných poruchkterou se astrofyzici již naučili napravovat, existuje takzvané pozadí gravitačních vln - konstantní tok gravitačního záření, které podle teorie neustále omývá Zemi.
Další příležitost detekovat pozadígravitačních vln vyplňujících vesmír je vysoce přesné načasování vzdálených pulzarů - analýza doby příchodu jejich pulsů, které se charakteristickým způsobem mění působením gravitačních vln procházejících prostorem mezi Zemí a pulzarem.
Od roku 2013 se odhaduje přesnost načasováníje potřeba zvýšit asi o jeden řád, aby bylo možné detekovat vlny pozadí z mnoha zdrojů v našem vesmíru, a tento úkol lze vyřešit do konce desetiletí. Průchod gravitační vlny by však měl mírně, o několik nanosekund, změnit čas, kdy jsou tyto vzplanutí zaznamenány. Přesným sledováním načasování vzdálených pulsarů je tedy teoreticky možné detekovat pozadí gravitačních vln galaxie. Potvrzují to předběžné výsledky projektu NANOGrav.
Jaké nové gravitační vlny našli vědci?
Vědci uvedli, že byli schopni detekovat známky neustálého gravitačního záření, které prochází vesmírem a deformuje strukturu časoprostoru.
V naší datové sadě jsme našli silný signál. Zatím nemůžeme říci, že se jedná o gravitační vlny pozadí, ale náš cíl se blíží.
Joseph Simon, astrofyzik a hlavní autor článku
Podle autorů žádná jiná observatořschopni detekovat gravitační vlny pozadí, protože jsou zaměřeny na hledání jednorázových událostí trvajících několik sekund. V rámci experimentu vědci během několika let sledovali 45 pulzarů - a již našli známky mírných změn v jejich frekvenci. Pulsary lze přirovnat k galaktickým majákům, které jsou neustále na stejném místě.
Hledáme vlny, které vydrží roky nebo desetiletí.Podle teorie galaktické slučování a další kosmologické události způsobují neustálý výbuch obrovských gravitačních vln. Trvá roky nebo i déle, než jedna taková vlna projde kolem Země. Z tohoto důvodu je žádné jiné existující experimenty nemohou přímo detekovat.
Joseph Simon, astrofyzik a hlavní autor článku
Procházející gravitační vlny se měnístabilní vzorec světla vycházejícího z pulzarů, zvyšující nebo zmenšující relativní vzdálenosti, které tyto paprsky cestují prostorem. Jinými slovy, vědci mohou teoreticky detekovat pozadí gravitačních vln sledováním korelovaných změn v době příchodu pulzárního záření na Zemi.
Co dělají tyto gravitační vlny?
Procházející gravitační vlny se měnístabilní obrazec světla vycházejícího z pulsarů, který zvětšuje nebo stlačuje relativní vzdálenosti, které tyto paprsky procházejí prostorem. Jinými slovy, vědci by teoreticky mohli detekovat pozadí gravitačních vln sledováním korelovaných změn v časech příchodu pulsarového záření na Zemi. To však na definitivní závěry nestačí. Astronomové proto oznámili plány na vytvoření IPTA, sítě přístrojů, které umožní detekovat takové odchylky u velkého počtu pulsarů.
Detekce pozadí gravitačních vln budevelký krok vpřed, ale jen první krok. Další fází bude objevení jejich zdrojů a pak - vše nové, co nám mohou o vesmíru říct.
Joseph Simon, astrofyzik a hlavní autor článku
Přečtěte si více
Výzkum: lidé nebudou moci ovládat superinteligentní stroje AI
Potrat a věda: co se stane s dětmi, které porodí
Podívejte se na nejkrásnější obrázky Hubbla. Co viděl dalekohled za 30 let?