Gravitacijski valovi u zadnje vrijeme se vrlo često spominju u vijestima.
Nobelova nagrada za fiziku dodijeljena je prije dva tjedna trojici vodećih znanstvenika koji stoje iza međunarodnog projekta na kojemu je zaposleno tisuću ljudi, i u kojem su po prvi put ikad opaženi ovi minijaturni nabori u tkanju prostor-vremena.
Gravitacijski valovi su prvi put detektirani 2015. godine; četvrta detekcija bilo je najavljena prošli mjesec.
Međunarodni tim znanstvenika detekcirao je gravitacijske valove iz novog izvora: kataklizmične kolizije neutronskih zvijezda, najmanjih i najgušćih zvijezda u svemiru.
Znanstvenici kažu da se radi o detekciji koja nije tek peta u nizu, već bi mogla i promijeniti pravila igre. Za to postoji šest osnovnih razloga:
1. Prvi nagovještaj gravitacijskih valova uočen je kod neutronskih zvijezda
Albert Einstein predvidio je da će orbitiranje dviju zvijezda jedna oko druge prouzročiti pojačavajući prasak gravitacijskih valova, tren prije nego se sudare.
Neutronska zvijezda je mala, teška jezgra koja ostaje nakon eksplozije supernove.
>> Pročitajte i: Što su neutronske zvijezde?
Neutronska zvijezda je savršen laboratorij za proučavanje ekstrema gravitacije zato što pakira masu vrijednosti dva Sunca u kuglu promjera 10 kilometara.
Za njihovo postojanje znamo kroz otkriće pulsara – redovitih pulseva radijacije koji nastaju kada se ove zvijezde okreću, a to rade nevjerojatnom brzinom.
Astronomi Russell Alan Hulse i Joseph Hooton Taylor Jr. otkrili su 1974. godine radio pulsare koji dolaze iz para neutronskih zvijezda koje kruže jedna oko druge.
Ovo otkriće, za koje su astronomi dobili Nobelovu nagradu za fiziku 1993. godine, bio je prvi neizravni nagovještaj gravitacijskih valova te je pokrenuo novu eru astronomije, rekao je izvanredni profesor Matthew Bailes, ravnatelj Centra za izvrsnost gravitacijskih valova ACR.
„Prije nešto više od 30 godina ljudi su osmislili zgradu koja se naziva interferometar, i koja može uočiti kako neutronske zvijezde trgaju jedna drugu u otprilike milijun najbližih galaksija“, rekao je.
Taj koncept s vremenom je postao stvarnost i upareni detektori LIGO (eng. Advanced Laser Interferometry Gravitational Waves Observatories) konačno su uočili gravitacijske valove 2015. godine – ali ne iz kolidiranih zvijezda.
„Kada su ih upalili, otkrili su stapanje crnih rupa umjesto neutronskih zvijezda. To je bilo prilično iznenađenje.
Otad su uočena još tri izboja gravitacijskih valova, a sve su ih stvorile crne rupe koje se stapaju zajedno.
Kolizije neutronskih zvijezda izbjegavale su detekciji zato što su puno manje masivne od crnih rupa.
No sada, nakon nekoliko desetljeća istraživanja, znanstvenici ne samo da su uočili gravitacijske valove umirućih zvijezda, nego su svjedočili i njihovoj vatrenoj koliziji i posljedicama takvog stapanja po prvi put.
2. Po prvi put je lociran izvor gravitacijskih valova
Zbog ovoga je otkriće prvi put da je neki objekt u svemiru bio uočen koristeći se kombinacijom gravitacijskih i elektromagnetskih valova.
To oglašava novi tip fizike koji se zove astronomija višestrukih glasnika (eng. multi-messenger astronomy).
Kao i kod prethodnih otkrića, inicijalni signal uočio je LIGO. Dva opservatorija udaljena 3 tisuće kilometara koriste lasere kako bi detektirali minijaturne pokrete na okomitim zrakama duljine nekoliko kilometara.
Ovi instrumenti detektirali su slabašan „cvrkut“ vala koji je nastao spiralnim stapanjem dviju zvijezda. Signal je trajao 100 sekundi i bio puno duži nego četiri prethodna primjera.
No dok LIGO i njegov europski dvojnik Virgo mogu pomoći u sužavanju područja koje je potrebno promatrati – korištenjem tehnike koja se zove triangulacija – detektori nisu dovoljno osjetljivi da bi odredili točnu lokaciju.
„Detektori sami po sebi ne mogu obavljati mnogo znanosti pored „Oh, vidi, ugledali smo nekakvo stapanje“, rekao je dr. Bailes.
Stapanja crnih rupa mogu se detektirati korištenjem gravitacijskih valova, ali nakon što se crne rupe stope zajedno, ne preostaje puno toga za vidjeti.
„Samo je crno. Nisu baš zanimljive za proučavanje nakon stapanja zato što se nema što vidjeti.“
Neutronske zvijezde, s druge strane, emitiraju svjetlost i radiovalove nakon sudara, što se može zabilježiti svemirskim i zemaljskim teleskopima.
„Za razliku od crnih rupa, ove zvijezde priuštit će vatromet zbog kojega će se okupiti čitava astronomska zajednica kako bi motrili vatrenu kuglu.“
„Ako možete vidjeti vatrenu kuglu na nebu, onda možete otkriti i nalazi li se u postojećoj galaksiji ili ne, a ako locirate galaksiju onda znate i koliko je udaljena.“
3. Pruža nam prezicniju predodžbu veličine svemira
Ova otkrića pružaju nove načine izravnog mjerenja veličine svemira, rekao je profesor David Blair sa Sveučilišta Zapadne Australije.
Znanstvenici već desetljećima pokušavaju izračunati točnu veličinu svemira, ali je to vrlo teško postići tradicionalnom astronomijom.
Astronomi se koriste kompliciranom formulom koja se zove „kozmičke ljestve“ i koja ima svoja ograničenja.
Međutim, gravitacijski valovi proizvode karakterstičan zvuk koji nam govori koliko je udaljen njihov izvor – i znanstvenici su sada upratili izvor tih valova i otkrili da pripadaju koliziji u određenoj galaksiji.
Stoga sada imaju puno točniji izračun udaljenosti te galaksije.
„Po prvi put imamo metar za mjerenje veličine svemira koji nije obilježen nesigurnostima tradicionalne astronomije“, rekao je profesor Blair.
4. Svjedoci smo stvaranja zlata u svemiru
Znanstvenici su dugo smatrali da su atomske eksplozije koje nastaju kao posljedica sudara neutronskih zvijezda zaslužne za svo zlato u svemiru, rekao je dr. Christian Wolf s Nacionalnog sveučilišta u Australiji.
„Rijetki metali na Zemlji nisu proizvodo normalnih zvijezda, niti Velikog praska. Umjesto toga, vjerujemo da su oblikovani u sudarima neutronskih zvijezda koji su se događali dugo prije nego što je Zemlja oblikovana iz kozmičkog oblaka.“
Profesor Blair je objasnio kako znanstvenici i dalje proučavaju efekte sudara kako bi otkrili kemijski sastav ovih zvijezda.
Optički sjaj koji ostaje nakon što svjetlost opadne jest rezultat zlata, rekao je izvanredni profesor David Coward, koji je promatrao vatrenu kuglu – poznatu i kao kilonova – koristeći se Zadko teleskopom u Zapadnoj Australiji.
„Mogli smo promatrati situaciju četiri noći za redom i onda smo uspjeli iskoristiti podatke kako bismo shvatili ovaj vrlo egzotični procest stvaranja zlata u udaljenom svemiru.“
5. Riješen je misterij iza eksplozija gama zraka
Dvije sekunde nakon što su opaženi gravitacijski valovi, svemirski teleskop FERMI registrirao je kratak bljesak gama zraka.
Ova eksplozija energije rješava još jedan misterij, rekla je izvanredna profesorica Tara Murray sa Sveučilišta u Sidneyju.
Rekla je da su znanstvenici zadnjih 50 godina spekulirali kako su sudari neutronskih zvijezda odgovorni za kratke bljeskove gama zraka – brze mlazove visokoenergetske svjetlosti koji mogu trajati do dvije sekunde.
„Znamo za njihovo postojanje već neko vrijeme, ali nikad nismo bili sigurni što ih uzrokuje“, rekla je dr. Murray.
6. Einstein je bio u pravu. Ponovno.
Einstein je 1915. godine predvidio da je brzina gravitacije jednaka brzini svjetlosti što je, po njegovoj specijalnoj teoriji relativnosti, konstanta od 300 milijuna metara po sekundi.
Različite tehnike korištene u ovom otkriću znanstvenicima pružaju priliku da izravno usporede ove dvije brzine.
Otkrili su da se njihova mjerenja poklapaju.
„Ovo jedno malo mjerenje reklo nam je, i to toliko precizno da je gotovo nevjerojatno dobro, da ova dva tipa valova putuju istom brzinom.“
