LIGO detekuje gravitační vlny
Zhruba v letech 1915 a 1916 Einstein rozbil tehdejší známá pravidla našeho vesmíru a tvrdil, že vesmír není tak statický, jak se vědecká komunita domnívala. Německý fyzik spíše uvedl, že geometrie vesmíru je neustále ohýbána a kroucena okolní energií a hmotou. V podstatě tato teorie existovala jako součást základního kamene pro jeho práci
obecná teorie relativity což vysvětluje, jak je pozorovaná gravitační přitažlivost mezi hmotami výsledkem deformace časoprostoru právě těmito hmotami. Dnes Einsteinova práce o obecné teorii relativity zůstává jedním z důležitých pilířů informací v astrofyzice.
Navzdory svému pokroku v obecné teorii relativity Einstein vážně postrádal prostředky k hledání gravitačních vln a dokonce je považoval za téměř nemožné je detekovat. Dnes však výzkumníci z Caltechu a MIT provozují dvojité detektorové zařízení LIGO, které se může pochlubit schopností detekovat nepatrné vibrace z procházejících gravitačních vln. V září 2015 zařízení LIGO zahlédlo energetický signál 50krát větší než všechny hvězdy vesmíru se spojily (!) a překročily statistický standard „pěti sigma“. význam. Pět měsíců tým LIGO pitval signál převod na zvuk a poslouchat, jak se dvě masivní černé díry srazí.
Doporučená videa
"Ve skutečnosti je slyšíme, jak v noci bouchají," říká odborný asistent fyziky na MIT. Matthew Evans. "Dostáváme signál, který dorazí na Zemi, můžeme ho přenést do reproduktoru a uslyšíme, jak tyto černé díry říkají "Hej." Toto pozorování má velmi viscerální spojení. Opravdu posloucháš ty věci, které byly předtím nějak fantastické."
Spoluzaložena v roce 1992 fyziky Kip Thorne (se kterým se Christopher Nolan skvěle radil Mezihvězdný), Ronald Drever Caltech a MIT Rainer Weiss, byl experiment LIGO vytvořen výhradně za účelem detekce gravitačních vln. Během prvních osmi let existence (2002-2010) se nepodařilo detekovat ani jednu gravitační vlnu, což způsobilo, že experiment prošel dočasnou pauzou kvůli instalaci vylepšených detektorů. Po pěti letech přestavby za 200 milionů dolarů, kterou primárně financovala National Science Foundation (NSF) – což ve skutečnosti stálo 620 milionů $ – nová a vylepšená zařízení LIGO byla uvedena do provozu v Livingstonu, Louisianě a Hanfordu, Washington.
Pokud jde o samotný přístroj, každé pracoviště LIGO se může pochlubit interferometrem ve tvaru L, který měří zhruba 4 kilometry na délku a využívá laserové světlo s děleným paprskem, které běží nahoru a dolů po každém rameni. Jak lasery pohybují rameny, poskakují mezi řadou přesně umístěných zrcadel, přičemž důsledně sledují přesnou délku, kterou urazí mezi každým zrcadlem. Pokud, a v tomto případě, když gravitační vlna prochází přístrojem, vzdálenost, kterou lasery urazí mezi zrcadly, se změní způsobem tak malým, že je téměř nepostřehnutelný.
„Můžete si to téměř představit, jako byste upustili kámen na hladinu rybníka a vlnění zhasne,“ říká profesor astrofyziky Curtis a Kathleen Marble z MIT, Nergis Malvalvala. "[Je to] něco, co deformuje časoprostor kolem něj, a toto zkreslení se šíří ven a dostává se k nám na Zemi o stovky milionů světelných let později."
Po provedení počítačových simulací vln bylo zjištěno, že energie pocházela z objektů o rozměrech zhruba 29 a 36krát hmotnějších než Slunce. Před srážkou z jiného světa se tyto dva objekty ve spirále od sebe pohybovaly pouhých 130 mil, než se nakonec spojily – neboli do sebe narazily. Podle člena LIGO Bruce Allena jsou pouze černé díry schopny pojmout tolik hmoty omezený prostor a dále dodal: „než byste mohli v zásadě argumentovat, zda černé díry existují či nikoli; teď nemůžeš."
Ačkoli vědci LIGO jsou schopni hlásit závažnost srážky, vytvořili neviditelnou explozi schopnou způsobit výbuch atomové bomby vypadal jako pouhá jiskra, strávil větší část pěti měsíců tím, že se ujistil, že počáteční údaje byly v fakt, skutečný. Jak slovo pomalu vytékalo z detekovaného gravitačního signálu, vědci pracovali dnem i nocí, aby zjistili, zda je pravé nebo ne. Možné alternativy na stole sahaly od vlastních falešných signálů laboratoře (nebo „slepých injekcí“) až po plně rozvinutý, umělý podvod. Tyto možnosti byly brzy vyloučeny poté, co si tým uvědomil, že ve skutečnosti neprobíhá žádné slepé injekční testy a že vyrobený signál je vysoce nepravděpodobný.
„Mysleli jsme si, že to bude obrovská výzva dokázat sobě i ostatním, že to prvních pár signály, které jsme viděli, nebyly jen chvění a náhodné zvuky,“ říká ředitel laboratoře MIT LIGO David Švec. "Ale příroda byla prostě neuvěřitelně laskavá, když nám poskytla signál, který je velmi velký, extrémně snadno pochopitelný a naprosto, velkolepě v souladu s Einsteinovou teorií."
Nyní, když tým účinně prokázal existenci gravitačních vln, si samotná struktura astrofyziky, obecné teorie relativity a celého vesmíru žádá, abychom na ně nahlíželi jiným způsobem. Tak jako Science Mag poznámky, Fyzik z Johns Hopkins University Marc Kamionkowski uznává, že tato zjištění otevírají vědcům dveře ke studiu obecná teorie relativity v extrémních podmínkách – tedy v případech, kdy gravitační pole tělesa tvoří téměř celý jeho Hmotnost. MIT také připouští, že gravitační pole detekované zařízením LIGO je pouze špičkou ledovce, pokud jde o základní fyziku našeho vesmíru.
"To skutečně otevírá zcela novou oblast pro astrofyziky," dodává Matthew Evans. „Vždy se díváme na oblohu dalekohledy a hledáme elektromagnetické záření, jako je světlo, rádiové vlny nebo rentgenové záření. Nyní jsou gravitační vlny zcela novým způsobem, jak můžeme poznávat vesmír kolem nás.“
Do budoucna má tým LIGO v úmyslu pokračovat v prohledávání dat shromážděných během nedávného pozorovacího běhu, který skončil minulý měsíc – prvního takového běhu s použitím vylepšených senzorů zařízení. Při hledání dalších signálů gravitačních vln v množství dat laboratoř uvedla, že se také připravuje na zahájení záznamu dat letos v červenci. Jak dokládají komentáře Davida Shoemakera, laboratoř nemá v úmyslu spočinout na vavřínech gravitačních vln.
„Za několik let, až bude plně zprovozněn, bychom měli vidět události z celé řady objektů: černé díry, neutronové hvězdy, supernovy, stejně jako věci, které jsme si ještě nepředstavovali, s frekvencí jednou denně nebo jednou týdně, podle toho, kolik překvapení je venku,“ Shoemaker říká. "To je náš sen a zatím nemáme důvod vědět, že to není pravda."
Úplné shrnutí zjištění týmu zveřejněných ve Physical Review Letters dne 11. února, které dále vysvětluje způsob, jakým detektory LIGO snímaly gravitační vlny. Označit výsledky za revoluční je podceněním, protože objev drasticky mění i to nejzákladnější chápání našeho vesmíru. Jaká naprosto fascinující doba být naživu, co?
Doporučení redakce
- Dětské černé díry cvrlikají, když se rodí, přesně jak předpověděl Einstein
