Čo sú to gravitačné vlny?
Gravitačné vlny sú zmeny v gravitačnom poli, ktoré sa šíria
Polarizovaná gravitačná vlna
Vo všeobecnej teórii relativity, ako aj vVäčšina ostatných moderných naznačuje, že gravitačné vlny vznikajú z pohybu masívnych telies s premenlivým zrýchlením. Gravitačné vlny sa šíria voľne v priestore rýchlosťou svetla. Sú veľmi malé a ťažko sa registrujú.
Gravitačné vlny boli objavené ako prvév septembri 2015, dva dvojité detektory observatória LIGO, ktoré zachytili gravitačné vlny pravdepodobne vyplývajúce zo spojenia dvoch čiernych dier a vytvorenia jednej masívnejšej rotujúcej čiernej diery.
Akákoľvek dvojitá hviezda, keď sa jej komponenty otáčajúokolo spoločného ťažiska stráca energiu (ako sa predpokladá - v dôsledku vyžarovania gravitačných vĺn) a nakoniec sa spája. Ale pre bežné, nekompaktné, dvojité hviezdy tento proces trvá veľmi dlho, oveľa dlhšie ako súčasný vek vesmíru.
Ak sa dvojitý kompaktný systém skladá zpárov neutrónových hviezd, čiernych dier alebo ich kombinácie môže dôjsť k zlúčeniu za niekoľko miliónov rokov. Najskôr sa objekty priblížia k sebe a ich orbitálna doba klesá. Potom v záverečnej fáze dôjde ku kolízii a asymetrickému gravitačnému kolapsu. Tento proces trvá zlomok sekundy a počas tejto doby sa energia uvoľňuje do gravitačného žiarenia, ktoré podľa niektorých odhadov predstavuje viac ako 50% hmotnosti systému.
Ako sa nachádzajú gravitačné vlny?
Je dosť ťažké odhaliť gravitačné vlny pre ich slabosť. Zariadeniami na ich registráciu sú detektory gravitačných vĺn. Pokusy o detekciu sa uskutočňovali od konca 60. rokov 20. storočia.
Gravitačné vlny zistiteľnej amplitúdysa rodia počas kolapsu dvojitého pulzaru. K podobným udalostiam dochádza v okolí našej galaxie približne raz za desaťročie. Najsilnejšími a najčastejšími zdrojmi gravitačných vĺn pre gravitačné teleskopy a antény sú katastrofy spojené s kolapsom binárnych systémov v blízkych galaxiách. Očakáva sa, že v blízkej budúcnosti bude na vylepšených gravitačných detektoroch zaznamenaných niekoľko podobných udalostí ročne, ktoré skreslia metriku v blízkosti Zeme o 10−21—10−23.
Dve telesá pohybujúce sa po kruhových dráhach okolo spoločného ťažiska
Nové spôsoby detekcie gravitačných vĺn
V roku 2017 vedci, ktorí uskutočnili experiment podLaserové interferometrické observatórium gravitačných vĺn (LIGO) získalo Nobelovu cenu za fyziku za vôbec prvú priamu detekciu gravitačných vĺn vytvorených spojením dvoch čiernych dier vzdialených asi 1,3 miliardy svetelných rokov od Zeme. Vlny generované touto zrážkou narušili gravitačné vlnové pozadie vesmíru a dostali sa na Zem.
Okrem takýchto jednorazových silných porúchktoré sa už astrofyzici naučili opravovať, existuje takzvané pozadie gravitačných vĺn - konštantný tok gravitačného žiarenia, ktoré podľa teórie neustále obmýva Zem.
Ďalšia príležitosť na zistenie pozadiagravitačných vĺn napĺňajúcich vesmír je vysoko presné načasovanie vzdialených pulzarov - analýza času príchodu ich impulzov, ktoré sa charakteristickým spôsobom menia pôsobením gravitačných vĺn prechádzajúcich priestorom medzi Zemou a pulzarom.
Od roku 2013 sa odhaduje presnosť načasovaniaje potrebné zvýšiť približne o jeden rád, aby bolo možné detekovať vlny pozadia z mnohých zdrojov v našom vesmíre a túto úlohu možno vyriešiť do konca desaťročia. Ale prechod gravitačnej vlny by mal o niekoľko nanosekúnd mierne zmeniť čas, v ktorom sú tieto erupcie zaznamenané. Presným sledovaním načasovania vzdialených pulzarov je teda teoreticky možné odhaliť pozadie gravitačných vĺn galaxie. Potvrdzujú to predbežné výsledky projektu NANOGrav.
Aké nové gravitačné vlny našli vedci?
Vedci uviedli, že boli schopní odhaliť známky neustáleho gravitačného žiarenia, ktoré prechádza vesmírom a deformuje štruktúru časopriestoru.
V našom súbore údajov sme našli silný signál. Zatiaľ nemôžeme povedať, že ide o gravitačné vlny pozadia, ale náš cieľ sa približuje.
Joseph Simon, astrofyzik a hlavný autor článku
Podľa autorov žiadne iné observatóriumschopné detekovať gravitačné vlny pozadia, pretože sú zamerané na hľadanie jednorazových udalostí trvajúcich niekoľko sekúnd. V rámci experimentu vedci niekoľko rokov sledovali 45 pulzarov - a už našli náznaky miernych zmien v ich frekvencii. Pulzary možno prirovnať k galaktickým majákom, ktoré sú neustále na rovnakom mieste.
Hľadáme vlny, ktoré vydržia roky alebo desaťročia.Podľa teórie galaktické splynutia a iné kozmologické udalosti spôsobujú neustály výbuch obrovských gravitačných vĺn. Trvá roky alebo aj dlhšie, kým jedna takáto vlna prejde okolo Zeme. Z tohto dôvodu ich žiadne iné existujúce experimenty nedokážu zistiť priamo.
Joseph Simon, astrofyzik a hlavný autor článku
Prechádzajúce gravitačné vlny sa meniastabilný obrazec svetla vychádzajúci z pulzarov, zväčšujúci alebo zmenšujúci relatívne vzdialenosti, ktoré tieto lúče prechádzajú vesmírom. Inými slovami, vedci môžu teoreticky zistiť pozadie gravitačných vĺn sledovaním korelovaných zmien v čase príchodu pulzárneho žiarenia na Zem.
Čo robia tieto gravitačné vlny?
Prechádzajúce gravitačné vlny sa meniastabilný obrazec svetla vychádzajúceho z pulzarov, ktorý zväčšuje alebo stláča relatívne vzdialenosti, ktoré tieto lúče prechádzajú priestorom. Inými slovami, vedci by teoreticky mohli zistiť pozadie gravitačných vĺn sledovaním korelovaných zmien v časoch príchodu pulzarového žiarenia na Zem. Na definitívne závery to však nestačí. Astronómovia preto oznámili plány na vytvorenie IPTA, siete prístrojov, ktoré umožnia odhaliť takéto odchýlky pre veľký počet pulzarov.
Detekcia pozadia gravitačných vĺn budeveľký krok vpred, ale len prvý krok. Ďalšou fázou bude objavenie ich zdrojov a potom - všetko nové, čo nám môžu povedať o vesmíre.
Joseph Simon, astrofyzik a hlavný autor článku
Čítaj viac
Výskum: ľudia nebudú môcť ovládať superinteligentné stroje AI
Potraty a veda: čo sa stane s deťmi, ktoré budú rodiť
Pozrite sa na najkrajšie obrázky Hubbla. Čo videl teleskop za 30 rokov?