Fale grawitacyjne - potwierdzono ich istnienie
Pisało o nich wielu naukowców, w tym Einstein, ale w końcu udało się oficjalnie potwierdzić ich istnienie - fale grawitacyjne. Naukowcy pracującym w ramach eksperymentu LIGO udało zarejestrować fale grawitacyjne. Dzięki falom możliwe będzie obserwowanie kosmosu na niespotykaną dotąd skalę.
Mianem fal grawitacyjnych określa się przemieszczające się z prędkością światła zmarszczki w czasoprzestrzeni, powstałe m.in. w skutek zderzeń czarnych dziur. Potwierdzenie faktu ich istnienia mogłoby dostarczyć naukowcom niezwykle cennych informacji na temat Wielkiego Wybuchu oraz tego, co działo się ze Wszechświatem tuż po nim.
O istnieniu fal grawitacyjnych pośrednio pisał już w 1916 roku Albert Einstein, w ogłoszonej przez siebie ogólnej teorii względności. Dalsze prace oraz badania, prowadzone w kolejnych latach, gdy nauka zaczęła dysponować coraz lepszym sprzętem, tylko potwierdziły jego domniemania. Cały czas brakowało jednak namacalnego dowodu ich faktycznego istnienia. Do dzisiaj.
Wielkie odkrycie
14 września ub.r. dwa detektory amerykańskiego obserwatorium LIGO oddalone od siebie o 3 tys. km (jeden w Waszyngtonie, drugi w Luizjanie) zarejestrowały niemal jednocześnie sygnał fal grawitacyjnych pochodzących ze zderzającego się układu dwóch czarnych dziur. "To pierwsza bezpośrednia rejestracja sygnału grawitacyjnego na Ziemi" - powiedział w rozmowie z PAP prof. Andrzej Królak z Instytutu Matematycznego PAN w Warszawie i Narodowego Centrum Badań Jądrowych. Prof. Królak jest liderem polskiej grupy naukowców uczestniczących w tym projekcie.
Naukowiec zaznaczył, że choć samo zderzenie czarnych dziur trwało krócej niż mgnienie okiem i nastąpiło ponad 1 mld lat temu, to było naprawdę potężne. Prędkość, jaką czarne dziury osiągnęły tuż przed zderzeniem, to połowa prędkości światła (150 tys. km/sek.). Pochodząca z tej kosmicznej katastrofy fala grawitacyjna podróżowała z prędkością światła przez Wszechświat i dopiero w zeszłym roku dotarła do Ziemi.
"Sygnał, jaki zarejestrowaliśmy, trwał zaledwie 0,12 sekundy, ale był niezwykle wyraźny i zgadzał się bardzo dokładnie z modelami przewidzianymi przez ogólną teorię względności Einsteina" - powiedział PAP prof. Królak. Dotychczas odnaleziono jedynie pośrednie dowody na to, że fale grawitacyjne - przewidziane w teorii Einsteina - istnieją i że również ten punkt sławnej teorii był zgodny z prawdą.
Już teraz niektórzy z naukowców twierdzą, że jest to "największe odkrycie naukowe XXI wieku", ważniejsze nawet od Bozonu Higgsa. Dlaczego? Potwierdzone dzisiaj odkrycie ułatwi eksplorację kosmosu, naukowcy będą mogli zbadać wcześniej "niedostępną" cześć kosmosu. Fale grawitacyjne pomogą w m.in. opisaniu początków naszego Wszechświata. "Otwiera się przed nami nowa dziedzina astronomii - astronomia fal grawitacyjnych. Jesteśmy w przełomowym momencie" - zwrócił uwagę Królak. Wyjaśnił, że dalsze badania nad falami grawitacyjnymi być może rzucą światło na to, co się dzieje w czarnych dziurach.
Amerykańskie detektory, które wykryły "zmarszczki" w czasoprzestrzeni, to monumentalne interferometry laserowe. Ich tunele mają kształt litery L, a każde z ich ramion ma po 4 km długości. We wnętrzu tych ramion biegnie światło lasera. W uproszczeniu chodzi o sprawdzanie z niezwykłą precyzją (do tysięcznych średnicy protonu), czy długość jednego ramienia instalacji zmienia się w stosunku do długości drugiego ramienia. Mogłoby się wydawać, że wyniki będą zawsze takie same. A okazuje się, że nie. Przechodząca przez Ziemię fala grawitacyjna - którą ciężko wychwycić, bo na chwilę odkształca całą czasoprzestrzeń wokół nas - może się zdradzić właśnie poprzez wyniki pomiarów w interferometrze. To właśnie zaobserwowano 14 września.
Polski akcent
W pracach zespołu LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) uczestniczyło 900 naukowców z 15 państw. Rozpoczęły się one w 2002 roku. Projekt kosztował około 1 miliarda dolarów. Wyniki eksperymentu ogłoszono na konferencjach odbywających się równolegle w USA i we Włoszech. Swoją zorganizowała też w Warszawie Polska Akademia Nauk. W badaniach brali udział naukowcy z kilkunastu krajów - w tym z Polski. To badacze związani z eksperymentami przy detektorach LIGO w USA oraz Virgo we Włoszech - łącznie ponad 1300 osób (w tym 15 Polaków). Gratulacje zespołowi LIGO złożył m.in. sam Stephen Hawking.
"Polacy w tym projekcie nie tylko nosili halabardę, ale odegrali poważniejszą rolę" - skomentował w rozmowie z PAP wiceprezes PAN prof. Paweł Rowiński. Jak wymienił, zadaniami Polaków w projekcie była analiza danych uzyskanych z amerykańskich detektorów LIGO, prowadzenie badań źródeł astrofizycznych fal grawitacyjnych, budowa modeli sygnałów fal grawitacyjnych oraz udział w rozbudowie detektora Virgo (to interferometr, który znajduje się we Włoszech i pracuje ramię w ramię z detektorami LIGO. Na razie przechodzi renowację, ale otwarty będzie pod koniec tego roku).
Jak powiedział Rowiński, w projekcie uczestniczyli badacze z Instytutu Matematycznego PAN, Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN, Narodowego Centrum Badań Jądrowych, a także Uniwersytetów: w Białymstoku, Mikołaja Kopernika w Toruniu, Warszawskiego, Wrocławskiego i Zielonogórskiego.
W marcu 2014 r. inny zespół naukowców badających fale grawitacyjne zaliczył sporą wpadkę i ogłosił odkrycie fal grawitacyjnych bazując na błędnych interpretacjach. Wtedy wyniki pochodziły z zupełnie innego typu badań - obserwacji mikrofalowego promieniowania tła za pomocą teleskopu BICEP2. Z czasem okazało się, że w badaniach tych jest pomyłka (nie uwzględniono pewnych istotnych czynników). Rok temu publikację publicznie odwołano.
