Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

Fale grawitacyjne to swoiste zmarszczki czasoprzestrzeni rozchodzące się z prędkością światła. Wytwarzane są przez układ dwóch bardzo szybko orbitujących wokół siebie obiektów (gwiazd neutronowych, białych karłów, czarnych dziur). Dlatego ze swej natury różnią się od innych rodzajów promieniowana we Wszechświecie. Zostały one przewidziane w ramach ogólnej teorii względności Einsteina, która mówi, iż ciała masywne deformują (zakrzywiają) czasoprzestrzeń i to właśnie przejawia się jako grawitacja. Gdy rozkład ciał masywnych jest statyczny, deformacja czasoprzestrzeni także jest statyczna, gdy się natomiast poruszają (szczególnie gdy jest to ruch gwałtowny i z dużymi prędkościami jak w przypadku kolapsu), deformacja czasoprzestrzeni się zmienia, a informacja o tym w postaci „zmarszczek” propaguje się na zewnątrz z prędkością światła. Ale im dalej biegnie fala od źródła, tym owe zmarszczki stają się mniejsze i mniejsze. Gdy osiągają Ziemię, zniekształcenie przestrzenne spowodowane przez fale jest wielkości jednej miliardowej średnicy atomu! To niewyobrażalnie mały ruch, stąd tak wielka trudność, aby wyczuły go detektory.

Falowe zmiany pola grawitacyjnego pierwszy próbował zarejestrować fizyk amerykański Joseph Weber w latach 60. XX wieku. Budował on aluminiowe cylindry obłożone detektorami, lecz ich czułość była zbyt niska i nigdy nie zostały wprawione w drgania, co miało być dowodem na istnienie fal. Dzisiaj istnienie fal grawitacyjnych nie budzi już wątpliwości, gdyż zostały udowodnione pośrednio przez dwóch radioastronomów w 1974 roku. Joseph Taylor i Russel Hulse, obserwując dwa okrążające się pulsary PSR B1913+16, stwierdzili, że układ ten powoli traci energię, wywołując zaburzenia czasoprzestrzeni, co jest zgodne z ogólną teorią względności. Za to odkrycie otrzymali w 1993 roku Nagrodę Nobla.

W 2014 roku media całego świata donosiły o przełomowym odkryciu pierwotnych fal przez fizyków z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics badających promieniowanie reliktowe z Wielkiego Wybuchu w obserwatorium BICEP2 na biegunie południowym. Jak się jednak okazało… to były zakłócenia.

Zaobserwowanie fal grawitacyjnych będzie ostatecznie potwierdzeniem części teorii względności, a także dostarczy nam nowy sposób wglądu w tajemnice Wszechświata – pozwali badać odległe obiekty, które mogą być ciemne lub zasłonięte przez międzygwiezdny pył.

Laserowe Obserwatorium Interferometryczne Fal Grawitacyjnych LIGO (The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)  szukało sygnałów fal grawitacyjnych od 2002 do 2010 roku bez powodzenia. W 2008 roku podjęto decyzję o udoskonaleniu instrumentu w celu zwiększenia jego czułości dziesięciokrotnie. Jego bardziej czuły następca Advanced LIGO, zwany też aLIGO, zaczął gromadzić dane od 18 września 2015 roku. Zaledwie tydzień później, kosmolog Lawrence Krauss z Arizona State University zamieścił na Twitterze informację, że detektor odebrał sygnał. Teraz Krauss twierdzi, że plotka została potwierdzona przez niezależne źródła.

Oficjalne, zespół LIGO wciąż analizuje dane z pierwszej serii, prace miały zakończyć się 12 stycznia.

– Potrzeba czasu, aby przeanalizować, zinterpretować i przejrzeć wyniki – mówi rzecznik Gabriela González z Louisiana State University. – Spodziewamy się, że wieści o wynikach analiz w ciągu najbliższych kilku miesięcy.

Obserwatorium LIGO to nie jedna, lecz dwie identyczne instalacje, oddalone od siebie o ponad 3 tys. kilometrów. Jedna z nich znajduje się w Hanford, w pobliżu Richland w stanie Waszyngton, a druga w Livingston w stanie Luizjana.

Instalacja, która z góry wygląda jak litera L, to dwie rury o długości 4 km każda i stykające się pod kątem prostym. Każde z ramion detektora zbudowane jest z betonowej rury o średnicy 2 m, w której wnętrzu znajduje się druga rura ze stali nierdzewnej, w której panuje niemal zupełna próżnia. W miejscu, w którym rury się łączą, umiejscowiony jest laser oraz rozdzielacz wiązki świetlnej. Detektory LIGO poszukują fal grawitacyjnych pochodzących z głębi kosmosu – rejonów oddalonych nawet o 650 milionów lat świetlnych, czyli  200 Mpc (200 megaparseków).

Warto dodać, że poszukiwaniem fal grawitacyjnych zajmuje się nie tylko LIGO.  Obecnie działają m.in. GEO600, VIRGO, a w fazie projektów pozostają AIGO, LCGT. Zaawansowane prace trwają również nad detektorem LISA, który zostanie umieszczony w przestrzeni kosmicznej, a rozpoczęcie obserwacji planowane jest najwcześniej na rok 2018.

Opracowano na podstawie:
New rumours that gravitational waves have finally been detected
The Newest Search for Gravitational Waves has Begun