Przełom w nauce: Mamy fale grawitacyjne

Naukowcy zarejestrowali zmarszczki czasoprzestrzeni. To nowy rozdział w badaniach kosmosu.

Aktualizacja: 12.02.2016 06:50 Publikacja: 11.02.2016 16:50

Aparatura optyczna LIGO podczas przeglądu technicznego

Aparatura optyczna LIGO podczas przeglądu technicznego

Foto: materiały prasowe

– Panie i panowie. Wykryliśmy fale grawitacyjne – rozpoczął konferencję prasową w Waszyngtonie David Reitze, szef programu LIGO. Przerwała mu burza oklasków. – Udało nam się zarejestrować fale – kontynuował Reitze – które powstały w efekcie zbliżania się do siebie, wzajemnego okrążania i wreszcie połączenia dwóch wielkich (30 razy cięższych niż Słońce) czarnych dziur. Pomiarów dokonaliśmy 14 września ubiegłego roku. Kilka miesięcy analizowaliśmy dane, by teraz z całą pewnością stwierdzić, że mieliśmy do czynienia z falami grawitacyjnymi.

Tylko obiekty o tak wielkiej masie jak czarne dziury mogą emitować fale grawitacyjne wystarczająco silne, byśmy mogli je zarejestrować. Pomiarów umożliwiających odkrycie dokonali naukowcy obsługujący amerykański program badawczy LIGO. Jednak swoje zasługi mają naukowcy z całego świata, również polscy. Zespół naszych matematyków i fizyków, kierowany przez prof. Andrzeja Królaka z Instytutu Matematycznego PAN, pomagał analizować dane.

Klucz do pradziejów Wszechświata

Przełomowego zarejestrowania fal grawitacyjnych, czyli zmarszczek czasoprzestrzeni, dokonano 100 lat po tym, jak Albert Einstein zaproponował ich istnienie w swojej teorii.

Znalezienie fal grawitacyjnych będzie miało kolosalne znaczenie dla badań nad początkami Wszechświata. Każdy, kto interesuje się nauką, widział słynne zdjęcie mikrofalowego promieniowania tła – teraz będziemy mogli wejrzeć w czasy jeszcze dawniejsze niż to zdjęcie. Promieniowanie tła pokazuje nam Wszechświat mniej więcej 400 tys. lat po Wielkim Wybuchu, wcześniej materia była nieprzezroczysta. I to, co działo się w tych dawniejszych czasach, pokażą nam właśnie fale grawitacyjne.

Innym zastosowaniem detektorów fal grawitacyjnych może być badanie wnętrz supernowych. Ale na tym ich naukowa użyteczność się nie skończy: – Otworzy się zupełnie nowe okno obserwacyjne – mówi dr Michał Bejger z Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika, jeden z członków zespołu analizującego dane. – Nie wiadomo jeszcze, co przez to okno zobaczymy.

Rury, lasery, lustra

Istnienie fal grawitacyjnych przewidział Albert Einstein w roku 1916. Uznał on jednak, że nigdy ich nie zaobserwujemy – przy ówczesnym stanie techniki rzeczywiście było to niemożliwe. Potem udało się pośrednio pokazać działanie fal grawitacyjnych w niektórych układach podwójnych gwiazd neutronowych. Naukowcy jednak wciąż myśleli o tym, jak fale te zaobserwować bezpośrednio, złapać, tak jak anteny łapią fale radiowe, a mikrofony fale dźwiękowe. Zadanie było jednak niełatwe. Fale grawitacyjne powodują zmianę rozmiarów rzeczy w czasoprzestrzeni. Ponieważ jednak zarówno my, jak i nasze urządzenia badawcze zmieniają wtedy rozmiar, bardzo trudno jest to wykryć – tłumaczy dr Michał Bejger.

W końcu naukowcy wymyślili sposób – można zmierzyć, jak zwiększają się lub zmniejszają same instrumenty badawcze. Do tego celu użyli olbrzymich interferometrów laserowych. Działają one w ten sposób: mamy dwie prostopadłe do siebie rury o długości kilku kilometrów. Wpuszczamy do nich światło laserowe, jedną wiązkę rozszczepioną na dwie części. Światło pędzi przez rury, odbijając się od luster znajdujących się na ich końcach, w sumie przebywając kilkaset kilometrów. Światło prędkości nie zmienia. Jednak może się zdarzyć, że podczas eksperymentu przez któreś z ramion urządzenia przejdzie fala grawitacyjna. Rura zmienia wtedy na chwilę swoją długość i ta drobna różnica została zarejestrowana.

Na świecie są w tej chwili trzy duże interferometry badające fale grawitacyjne. Dwa z nich tworzą laboratorium LIGO w USA. Trzeci jest we Włoszech, nosi nazwę Virgo. Dane obserwacyjne opublikowane wczoraj pochodzą z eksperymentu LIGO, ale analizowane były wspólnie przez obie ekipy, które dzielą się wynikami pomiarów. Są to wielkie przedsięwzięcia badawcze. W zespole LIGO pracuje 1000 osób, w zespole Virgo – 250. Wśród ekipy VIrgo jest grupa Polaków, którą kieruje prof. Andrzej Królak z Instytutu Matematycznego PAN.

– Panie i panowie. Wykryliśmy fale grawitacyjne – rozpoczął konferencję prasową w Waszyngtonie David Reitze, szef programu LIGO. Przerwała mu burza oklasków. – Udało nam się zarejestrować fale – kontynuował Reitze – które powstały w efekcie zbliżania się do siebie, wzajemnego okrążania i wreszcie połączenia dwóch wielkich (30 razy cięższych niż Słońce) czarnych dziur. Pomiarów dokonaliśmy 14 września ubiegłego roku. Kilka miesięcy analizowaliśmy dane, by teraz z całą pewnością stwierdzić, że mieliśmy do czynienia z falami grawitacyjnymi.

Pozostało 86% artykułu
2 / 3
artykułów
Czytaj dalej. Subskrybuj
Kosmos
NASA szuka sposobu na sprowadzanie próbek z Marsa. Tanio i szybko
Kosmos
Odszedł Peter Higgs, odkrywca boskiej cząstki
Kosmos
Badania neutrin pomogą rozwiązać zagadkę powstania wszechświata
Kosmos
Księżyc będzie miał własną strefę czasową? Biały Dom nakazał ustalenie standardu
Kosmos
Astronomowie odkryli tajemnice galaktyki z początku istnienia wszechświata