10 miesięcy temu

Największe odkrycie ostatnich lat! Potwierdzono istnienie fal grawitacyjnych!

System składający się z dwóch połączonych i wzajemnie się wciągających czarnych dziur, wytworzył fałdy w fakturze kosmosu, dokładnie takie jak przewidywali to fizycy – w formie fal grawitacyjnych. Odkrycie ostatecznie potwierdzono w ubiegłym tygodniu, podczas serii konferencji prasowych, toruje drogę do zupełnie nowego rozumienia wszechświata.

„Jest to pierwszy raz, kiedy wszechświat przemówił do nas przez fale grawitacyjne. Do tej pory byliśmy głusi ” skomentował odkrycie David Reitze z University of Florida, podczas konferencji prasowej w Waszyngtonie.

WIĘCEJ O FALACH GRAWITACYJNYCH

U źródeł wiedzy na temat fal grawitacyjnych leży teoria względności Einsteina, która mówi o tym, że każdy obiekt posiadający masę wypacza strukturę czasoprzestrzeni. Gdy bardzo masywne obiekty wchodzą w ruch, powoduje to zakłócenia w kosmicznej tkaninie, generujące fałdy – fale grawitacyjne. Fale te wędrują przez wszechświat niczym fala dźwięku przemierza powietrze.

Teoria Einsteina przewiduje, że wszechświat tętni od fal grawitacyjnych, ale do tej pory nie byliśmy w stanie ich wykryć, po części dlatego, że fale te są wyjątkowo słabo wyczuwalne. We wrześniu ubiegłego roku Laserowe Obserwatorium Interferometrycznych Fal Grawitacyjnych (LIGO) odebrało wyraźny sygnał, powstały w wyniku potężnego zderzenia dwóch czarnych dziur 1,3 miliarda lat świetlnych od Ziemi.

Na poniższym filmie możecie zobaczyć symulację NASA, jak przebiegało to kosmiczne wydarzenie.

 

Odkrycie jest o tyle przełomowym wydarzeniem, że nie tylko potwierdza kolejny element teorii względności, lecz również daje naukowcom nowe narzędzie do eksploracji kosmosu.

Prawie cała wiedza, jaką mamy na temat wszechświata, pochodzi z obserwacji takich zjawisk jak światło widzialne, fale radiowe lub rentgenowskie. Ale tak jak fale sejsmiczne mogą ujawnić ukryte struktury w głębi ziemi, tak fale grawitacyjne niosą ze sobą informacje o ukrytych właściwościach wszechświata, których inne zjawiska, nawet światło, nie mogą ujawnić.

„Rozpoczęliśmy naszą pracę jako wysoko ryzykowne przedsięwzięcie z wysokim potencjałem ewentualnych rezultatów. Dziś odnieśliśmy wielki triumf – pozyskaliśmy nowy sposób obserwacji kosmosu” skomentował podczas konferencji prasowej Kip Thorne z Instytutu Technologii w Kalifornii, współpracownik eksperymentu LIGO.

Polowanie na fale grawitacyjnych rozpoczęło się sto lat temu, wraz z publikacją ogólnej teorii względności Einsteina. W połowie lat ‘70-tych dwaj fizycy – Russell A. Hulse i Joseph H. Taylor Jr. wykazali bardzo przekonujące dowody na faktyczne istnienie fal. Bazując na założeniach Einsteina stwierdzili, że dwie bardzo gęste gwiazdy neutronowe, przyciągane przez siebie nawzajem spiralnym ruchem, powinny wygenerować energię grawitacyjną. Podczas obserwacji przez kolejnych 5 lat dwóch gwiazd pozostających w takim układzie, zauważyli, że orbita, po której poruszały się obiekty, zmniejszyła się dokładnie o przewidzianą przez teorię względności wartość.

Choć za swoje odkrycie duet otrzymał nagrodę nobla w dziedzinie fizyki, większość świata naukowego określiła odkrycie jedynie jako częściowe wykrycie fal grawitacyjnych.

W 2001 roku detektor LIGO rozpoczął swoją działalność w dwóch lokalizacjach – pierwszy w Louisianie, drugi w stanie Waszyngton. Kilka lat później, europejski teleskop fal grawitacyjnych Virgo również włączył się w badania. Obydwa działały nieprzerwanie do roku 2010 i 2011, by następnie czasowo wstrzymać badania, w celu usprawnienia obu urządzeń.

Podczas gdy Virgo w dalszym ciągu pozostaje wyłączony, LIGO rozpoczął ponownie swoje obserwacje w 2015 roku. Usprawnienia technologiczne opłaciły się i już podczas pierwszej serii obserwacji, między 18 września 2015 a 12 stycznia 2016, udało się wychwycić sygnały. Jak ogłosili naukowcy pierwsza seria mała być rundą testową dla sprawności detektora, niespodziewanie udało się jednak dokonać przełomowego odkrycia.

Wykryty sygnał został wygenerowany przez dwie czarne dziury, jedna o masie równej blisko 29 masom słońca druga 36. Ich połączenie spowodowało powstanie super czarnej dziury liczącej 62 masy słońca.

Astronomowie liczą na to, że urządzanie wykryje kolejne sygnały, dostarczając danych dla wielu nowych badań, zwłaszcza, że jeszcze nie osiągnęło swojej pełnej mocy. Fale grawitacyjne mogą pomóc nam zrozumieć m. in. jak działają supernowe, „obserwować” ruchy niewidzialnych dla nas do tej pory obiektów oraz odpowiedzieć na pytania o to, jak wyglądały początki naszego wszechświata.

„Za każdym razem, gdy spojrzymy na kosmos w inny sposób niż przy pomocy światła, znajdujemy coś, czego do te pory się nie spodziewaliśmy” komentuje członek zespołu LIGO Amber Stuver. Odkrycie daje początek kolejnej dziedzinie – astronomii fal grawitacyjnych, bazując na nowych metodach obserwacji kosmosu.

Odkrycie jest ważnym krokiem w kierunku utworzenia całkowicie nowych gałęzi astrofizyki. Wszystko co do tej pory wiemy o wszechświecie, wynika z obserwacji światła i analizy widma elektromagnetycznego – promieniowania radiowego, podczerwonego, ultrafioletowego, rentgenowskiego i promieniowania gamma. Badanie fal grawitacyjnych będzie dla naukowców zupełnie nowym spojrzeniem na kosmos.

Już teraz NASA współpracując z Europejską Agencją Kosmiczną (ESA) starają się stworzyć koncepcyjny projekt kosmicznego obserwatorium fal grawitacyjnych. LIGO wykrywa fale o częstotliwości 10 to 1,000 Hz, nowy system mógłby zwiększyć dokładność do wartości 0.0001 – 0.1 Hz, co pozwoliłoby na wykrywanie także mniejszych źródeł.

lisa-kosmos

LISA Pathfinder wystrzelony w kosmos 3 grudnia 2015 roku. Jego zadaniem jest testowanie kluczowe elementy, które mogłyby być wykorzystywane do przyszłej misji wykrywania fal grawitacyjnych – zmarszczki w czasoprzestrzeni przewidywane przez Alberta Einsteina w jego Teorii Względności. W tym celu uwolni dwie masy testowe w niemal idealnych warunkach swobodnego spadania i będzie mierzyć ich ruch z niespotykaną dokładnością.

Można się spodziewać, że nadchodzące dni i miesiące przyniosą nam jeszcze nie jedno zaskoczenie i wielkie odkrycie.