Sve što ste htjeli znati o gravitacijskim valovima, a niste imali koga pitati

Gravitacijski valovi oduvijek su postojali u svemiru i zauvijek će postojati, no tek smo ih sada uspjeli detektirati. Predviđanje Einsteinove Opće teorije relativnosti dobilo je napokon svoju znanstvenu potvrdu.

U rujnu prošle godine, dva su nezavisna LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) detektora, jedan u Louisiani i jedan u Washingtonu, detektirala gravitacijske valove, izvor kojih je bilo stapanje dviju crnih rupa udaljenih 1.3 milijarde svjetlosnih godina od Zemlje.

Iako su detektirani signali izuzetno mali i suptilni, njihovo detektiranje predstavlja prekretnicu u znanosti. Prema riječima profesora Karstena Danzmann s Max Planck Instituta za Gravitacijsku Fiziku iz Njemačke, ovo je najvažnije otkriće nakon otkrića Higgsova bozona.

“Ovo je prva direktna detekcija gravitacijskih valova; ovo je prva direktna detekcija crnih rupa i potvrda Opće teorije relativnosti jer se svojstva ovih crnih rupa savršeno poklapaju s onime što je Einstein predvidio prije gotovo 100 godina,” napomenuo je profesor Danzmann. “[Izgledalo je] predobro da bi bilo istinito.”

Što uopće jesu gravitacijski valovi?

Gravitacijski valovi su valovi koji nastaju u kontinuumu prostora i vremena kao posljedica kretanja ili stapanja velikih objekata. U konkretnom slučaju, stapanjem dviju crnih rupa oslobođena je masa tri puta veća od mase Sunca. Ovime je oslobođena ogromna količina energije koja je onda stvorila gravitacijski val.

Prema Općoj teoriji relativnosti, objekti poput zvijezda i planeta mogu zakriviti kontinuum prostora i vremena, slično kao što masa zakrivljuje zategnutu elastičnu plahtu. Zamislite horizontalno postavljenu elastičnu kružnu plahtu, zategnutu na rubovima, u čijem je središtu postavljena masa. Ta će masa uzrokovati središte plahte da utone, preoblikujući plahtu iz ravne površine u površinu oblika U.

Upravo je to, kako je Einstein tvrdio, uzrok gravitacije. Ako dođe do iznenadne promjene gravitacije - kao posljedica eksplozije zvijezde ili sudara crnih rupa - dolazi do stvaranja gravitacijskih valova koji se brzinom svjetlosti šire svemirom.

U ovom slučaju, to znači da se Zemlja u trenutku detekcije ovih signala nalazila na rubu sfere koja ima polumjer od 1.3 milijarde svjetlosnih godina. Takvu brojku čovjek teško uopće može i zamisliti.

Istini za volju, da se gravitacijski valovi gibaju brzinom svjetlosti još nije eksperimentalno potvrđeno, no proizlazi iz teorije.

“Teorija nam govori da se gravitacijski valovi gibaju brzinom svjetlosti, no da bismo to potvrdili, morali bismo detektirati događaj koji je istovremeno stvorio gravitacijske valove i svjetlost,” ustvrdio je Justin Greenhalgh, jedan od suradnika na LIGO projektu. “Lako je moguće da bi supernova bila upravo takav događaj, no to još nismo u stanju potvrditi.”

Zabilježena informacija stubokom mijenja ono što o svemiru možemo saznati

Zahvaljujući ogromnim naporima dosad uloženim u proučavanje svemira, znanstvenici više-manje znaju koji događaj u svemiru proizvodi kakav signal (na Zemlji). Iz tog su razloga, na temelju signala koji je LIGO sustav detektirao, znanstvenici bili u stanju doći do zaključka kako je ono što su detektirali zapravo sudar dviju crnih rupa, od kojih je jedna mase 36, a druga mase 29 puta veće od mase Sunca.

Koliko je ova detekcija važna za budućnost znanosti, potvrdila je profesorica Sheila Rowan, jedna od vodećih istraživača uključenih u ovaj projekt. “Činjenica da mi sjedimo ovdje na Zemlji i osjećamo kako se svemir širi i sužuje pod utjecajem gravitacijskih valova kao posljedica stapanja dviju crnih rupa prije više od milijardu [svjetlosnih] godina - smatram da je to fenomenalno.”

Mogućnost detekcije gravitacijskih valova omogućuje znanstvenicima da vide ono što je poznato kao crni svemir - daleko najveći dio svemira kojeg nije moguće vidjeti teleskopima. Baš kao i u slučaju crnih rupa, za proučavanje (najvećeg dijela) svemira potreban je alat koji ne ovisi o svjetlu.

Trenutak uključivanja LIGO sustava bio je od izuzetne važnosti

Gotovo sve u svemiru proizvodi gravitacijske valove, no samo veliki događaji mogu stvoriti valove koje smo mi u stanju detektirati. Trenutak stapanja dviju crnih rupa oslobodio je mjerljive gravitacijske valove zahvaljujući snazi stapanja koja odgovara energiji 50 puta većoj od energije svih zvijezda u svemiru.

“Poput kamere ili teleskopa, sustav poput LIGO sustava mora biti upotrebljen u pravom trenutku da biste detektirali gravitacijske valove. Iako su oni stalna pojava, većina ih nije dovoljno jaka da bismo ih mi bili u stanju zabilježiti,” dodao je Greenhalgh.

Možemo li vidjeti i Veliki prasak?

Sada kada smo eksperimentalno potvrdili da gravitacijski valovi postoje, ovim sustavom možemo istraživati ne samo crne rupe i takozvane neutron zvijezde (ogromna sunca koja su se značajno smanjila), već potencijalno možemo gledati i puno dublje u svemir - i samim time dalje u prošlost. U određenom trenutku, znanstvenici vjeruju, moći ćemo pogledati i Veliki prasak.

“Gravitacijski valovi šire se posvuda. Ono pored čega prolaze gotovo ih ne mijenja, što ih čini savršenim pismonošama,” rekao je profesor Bernard Schutz sa Sveučilišta Cardiff u Velikoj Britaniji.

“Informacija koju nose gravitacijski valovi nije se promijenila od trenutka kada je stvorena, što je neobično u astronomiji. Mi nismo u stanju vidjeti svjetlo iz svih kuteva Svemira jer ono na svom putu nailazi na prašinu, baš kao što promatrajući svjetlo nismo u stanju vidjeti Veliki prasak. Svemir je do određenog trenutka bio neproziran za svjetlost.”

Sada kada o svemiru možemo saznati iz izvora neovisnih o svjetlu, tek ostaje vidjeti što se sve u svemiru, tom nepreglednom prostranstvu, krije.

Izvor: IFLScience, BBC

AKO VAM SE SVIDIO OVAJ TEKST: Podržite portal donacijom za kavu :)