Što su gravitacijski valovi?
Gravitacijski valovi su promjene u gravitacijskom polju koje se šire
Polarizirani gravitacijski val
U općoj teoriji relativnosti, kao i uVećina drugih modernih pokazuje da se gravitacijski valovi pojavljuju iz kretanja masivnih tijela s promjenjivim ubrzanjem. Gravitacijski valovi slobodno se šire u prostoru brzinom svjetlosti. Vrlo su male veličine i teško ih je registrirati.
Prvi su otkriveni gravitacijski valoviu rujnu 2015. dva dvostruka detektora zvjezdarnice LIGO, koji su detektirali gravitacijske valove koji su vjerojatno nastali spajanjem dviju crnih rupa i stvaranjem još jedne masivnije rotirajuće crne rupe.
Svaka dvostruka zvijezda dok se njezine komponente okrećuoko zajedničkog središta mase gubi energiju (kao što se pretpostavlja - zbog zračenja gravitacijskih valova) i na kraju se spaja zajedno. Ali za obične, nekompaktne, dvostruke zvijezde, ovaj proces traje jako dugo, mnogo duže od sadašnje starosti Svemira.
Ako se dvostruki kompaktni sustav sastoji odparova neutronskih zvijezda, crnih rupa ili njihove kombinacije, spajanje se može dogoditi za nekoliko milijuna godina. Isprva se objekti približavaju, a njihovo se orbitalno razdoblje smanjuje. Tada, u završnoj fazi, dolazi do sudara i asimetričnog gravitacijskog kolapsa. Ovaj proces traje djelić sekunde i za to vrijeme energija se oslobađa u gravitacijsko zračenje, što prema nekim procjenama iznosi više od 50% mase sustava.
Kako se pronalaze gravitacijski valovi?
Prilično je teško detektirati gravitacijske valove zbog njihove slabosti. Uređaji za njihovu registraciju su detektori gravitacijskih valova. Pokušaji detekcije činjeni su od kasnih 1960-ih.
Gravitacijski valovi detektabilne amplituderađaju se tijekom kolapsa dvostrukog pulsara. Slični se događaji u blizini naše galaksije događaju otprilike jednom u desetljeću. Najjači i najčešći izvori gravitacijskih valova za gravitacijske teleskope i antene su katastrofe povezane s kolapsom binarnih sustava u obližnjim galaksijama. Očekuje se da će u bliskoj budućnosti nekoliko sličnih događaja godišnje biti zabilježeno na poboljšanim gravitacijskim detektorima, iskrivljujući metriku u blizini Zemlje za 10−21—10−23.
Dva tijela koja se kreću kružnim putanjama oko zajedničkog središta mase
Novi načini otkrivanja gravitacijskih valova
2017. znanstvenici koji su proveli eksperiment podLaser Interferometric Gravitational Wave Observatory (LIGO) dobitnik je Nobelove nagrade za fiziku za prvo ikad izravno otkrivanje gravitacijskih valova nastalih spajanjem dviju crnih rupa udaljenih oko 1,3 milijarde svjetlosnih godina od Zemlje. Valovi generirani tim sudarom narušili su gravitacijsku valnu pozadinu Svemira i došli do Zemlje.
Pored takvih jednokratnih jakih poremećaja,što su astrofizičari već naučili popraviti, postoji takozvana pozadina gravitacijskih valova - stalni protok gravitacijskog zračenja, koji prema teoriji neprestano pere Zemlju.
Još jedna prilika za otkrivanje pozadinegravitacijskih valova koji ispunjavaju Svemir visoko precizno je vrijeme udaljenih pulsara - analiza vremena dolaska njihovih impulsa, koji se na karakterističan način mijenjaju pod djelovanjem gravitacijskih valova koji prolaze prostorom između Zemlje i pulsara.
Od 2013. procjenjuje se da je točnost mjerenja vremenatreba povećati za otprilike jedan red veličine kako bi se mogli detektirati pozadinski valovi iz mnogih izvora u našem svemiru, a taj se zadatak može riješiti prije kraja desetljeća. No, prolazak gravitacijskog vala trebao bi malo, za nekoliko nanosekundi, promijeniti vrijeme u kojem su ove baklje zabilježene. Stoga, točnim praćenjem vremena udaljenih pulsara, teoretski je moguće otkriti pozadinu gravitacijskih valova galaksije. To potvrđuju preliminarni rezultati projekta NANOGrav.
Koje su nove gravitacijske valove pronašli znanstvenici?
Znanstvenici su rekli da su uspjeli otkriti znakove stalnog gravitacijskog zračenja koje prolazi kroz svemir i iskrivljuje tkivo prostor-vremena.
Pronašli smo jak signal u našem skupu podataka. Ne možemo još reći da su to pozadinski gravitacijski valovi, ali naš je cilj sve bliže.
Joseph Simon, astrofizičar i glavni autor rada
Prema autorima, nijedna druga zvjezdarnicasposobni otkriti pozadinske gravitacijske valove, jer su usredotočeni na traženje jednokratnih događaja koji traju nekoliko sekundi. Kao dio eksperimenta, znanstvenici su tijekom nekoliko godina pratili 45 pulsara - i već su pronašli znakove neznatnih promjena u njihovoj učestalosti. Pulsari se mogu usporediti s galaktičkim svjetionicima koji su stalno na istom mjestu.
Tražimo valove koji traju godinama ili desetljećima.Prema teoriji, galaktička spajanja i drugi kozmološki događaji uzrokuju neprestanu eksploziju ogromnih gravitacijskih valova. Da jedan takav val prođe pored Zemlje potrebne su godine ili čak i više. Iz tog razloga nijedan drugi postojeći eksperiment ne može ih izravno otkriti.
Joseph Simon, astrofizičar i glavni autor rada
Prolazni gravitacijski valovi se mijenjajustabilan uzorak svjetlosti koja proizlazi iz pulsara, povećavajući ili smanjujući relativnu udaljenost koju te zrake putuju kroz svemir. Drugim riječima, znanstvenici mogu teoretski otkriti pozadinu gravitacijskih valova prateći korelirane promjene u vremenu dolaska pulsarskog zračenja na Zemlju.
Što rade ovi gravitacijski valovi?
Gravitacijski valovi koji prolaze mijenjaju sestabilan uzorak svjetlosti koji izlazi iz pulsara, povećavajući ili sažimajući relativne udaljenosti koje ove zrake putuju kroz svemir. Drugim riječima, znanstvenici bi teoretski mogli otkriti pozadinu gravitacijskih valova praćenjem koreliranih promjena u vremenima dolaska pulsarskog zračenja na Zemlju. Međutim, to nije dovoljno za konačne zaključke. Stoga su astronomi najavili planove za stvaranje IPTA-e, mreže instrumenata koji će omogućiti otkrivanje takvih odstupanja za veliki broj pulsara.
Detekcija pozadine gravitacijskih valova bit ćeveliki korak naprijed, ali samo prvi korak. Sljedeća faza bit će otkrivanje njihovih izvora, a zatim - svega novoga što nam mogu reći o Svemiru.
Joseph Simon, astrofizičar i glavni autor rada
Čitaj više
Istraživanje: ljudi neće moći kontrolirati superinteligentne AI strojeve
Pobačaj i znanost: što će se dogoditi s djecom koja će roditi
Pogledajte najljepše slike Hubblea. Što je teleskop vidio u 30 godina?