Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

Trwają prace nad realizacją planów europejskich fizyków dotyczycących budowy nowego ogromnego obserwatorium fal grawitacyjnych.  30 czerwca 2021 roku Europejskie Forum Strategii ds. Infrastruktur Badawczych (The European Strategy Forum on Research Infrastructures, ESFRI), które doradza rządom europejskim w zakresie priorytetów badawczych, dopisało obserwatorium o wartości 1,9 mld euro, zwane Teleskopem Einsteina, do tzw. mapy drogowej dużych projektów naukowych, które oczekują na realizację.

Amerykańscy fizycy fal grawitacyjnych z zadowoleniem przyjęli tę informację, ponieważ uważają, że może to wzmocnić ich plany zbudowania pary detektorów nawet większych niż Teleskop Einsteina w projekcie o nazwie Cosmic Explorer.

Detektory fal grawitacyjnych to urządzenia mające na celu wykrycie i zbadanie własności fal grawitacyjnych – ekstremalnie małych zaburzeń (odkształceń) czasoprzestrzeni, których istnienie przewidział Albert Einstein w ogólnej teorii względności.

Fale grawitacyjne zaobserwowano po raz pierwszy 14 września 2015 roku. Ponad dwa lata później, 3 października 2017 roku, Rainer Weiss, Barry C. Barish i Kip S. Thorne otrzymali Nagrodę Nobla z dziedziny fizyki „za decydujący wkład w stworzenie detektora LIGO i obserwację fal grawitacyjnych”.

Fale grawitacyjne powstają, gdy masywne obiekty astrofizyczne, takie jak czarne dziury czy ultragęste gwiazdy neutronowe wirują i zderzają się ze sobą. Aby wyczuć fale grawitacyjne, fizycy wykorzystują gigantyczne urządzenia optyczne w kształcie litery L zwane interferometrami. Wiązka światła laserowego zostaje skierowana do obu ramion równocześnie, a następnie naukowcy porównują obie wiązki lasera zarejestrowane w fotodetektorze i dzięki zjawisku interferencji wyliczają różnicę dróg przebytych przez obydwie wiązki. Drogi te są identyczne, ale jeżeli w czasie pomiaru do urządzenia dotrze fala grawitacyjna, wówczas długość jego ramion ulega zmianom, co powoduje, że wiązki nie docierają do fotodetektora równocześnie. W Stanach Zjednoczonych detektor LIGO składa się z bliźniaczych interferometrów w stanie Luizjana i Waszyngton oddalonych od siebie o ponad 3 tysiące kilometrów, każdy z ramionami o długości 4 km. We Włoszech europejski detektor Virgo ma ramiona o długości 3 kilometrów.

LIGO i Virgo mogą wyczuć łączenie się czarnych dziur w odległości ponad 10 miliardów lat świetlnych, ale gdyby naukowcy mieli detektory 10 razy czulsze, mogliby dostrzec łączenie się czarnych dziur aż do krawędzi obserwowalnego Wszechświata, 45 miliardów lat świetlnych od nas. Aby osiągnąć taką czułość, Cosmic Explorer miałaby się składać z jednego lub więcej interferometrów w kształcie litery L z 40-kilometrowymi ramionami. Detektor trzeciej generacji, jakim jest Teleskop Einsteina, byłby podziemnym trójkątem równobocznym zawierającym w sumie sześć interferometrów w kształcie litery V (po dwa w każdym rogu) z 10-kilometrowymi ramionami.

Fizycy w Stanach Zjednoczonych i Europie mają nadzieję, że zbudują detektory do połowy czwartej dekady XXI wieku, czyli do ok. 2035 roku. Włączenie projektu do mapy drogowej ESFRI jest kluczowym pierwszym krokiem w kierunku realizacji Teleskopu Einsteina. Uczestniczą w nim naukowcy w wielu krajów, w tym z Belgii, Włoch, Holandii, Polski i Hiszpanii. W polską część projektu są zaangażowani także badacze z Uniwersytetu Warszawskiego, Politechniki Warszawskiej, Uniwersytetu Zielonogórskiego, Uniwersytetu w Białymstoku, a także dwóch jednostek PAN – Instytutu Matematycznego i Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika. W projekcie uczestniczy także grupa prof. dr. hab. Marka Biesiady z Instytutu Fizyki Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach.

Opracowano na podstawie:
European plan for gigantic new gravitational wave detector passes mileston
ET in the ESFRI Roadmap

Więcej informacji:
Potwierdzono istnienie fal grawitacyjnych – i co dalej?