Prekretnica
Očekuje se objava golemog otkrića ključnog za razumijevanje nastanka svemira
Tekst članka se nastavlja ispod banera
Po znanstvenim stranicama i društvenim mrežama na internetu šire se najave da bi u četvrtak trebala biti objavljena vijest o velikom otkriću povezanom s gravitacijskim valovima.
Prema napisima vjerojatno je riječ o otkriću zapisa inflacije, odnosno naglog širenja svemira koje se dogodilo na samom početku vremena i prostora, odmah nakon velikog praska. Taj zapis mogao bi biti zabilježen u obliku šuma gravitacijskih valova, piše Index.
Istraživanje prvih trenutaka u razvoju svemira
Ovo otkriće, ako bude potvrđeno, otvorit će vrata za istraživanje prvih trenutaka u razvoju svemira. Trenutno najraniji izravni kozmološki uvidi koje imamo potječu iz razdoblja kada je svemir bio star oko 380.000 godina. Prije toga svemir je bio neproziran za elektromagnetske valove.
Za bolje razumijevanje značaja najavljenog otkrića, potrebno je prvo pojasniti nekoliko ključnih pojmova.
Što su gravitacijski valovi?
Gravitacijski valovi su poremećaji u gravitacijskom polju koji naizmjenično sabijaju i rastežu prostor-vrijeme kroz koji prolaze i šire se slično kao što se valovi zvuka šire zrakom. Formiraju se prilikom ubrzavanja masa, osobito golemih, primjerice u eksplozijama supernova, tijekom kruženja zvijezda jednih oko drugih na malim udaljenostima u dvojnim zvjezdanim sustavima, u sudarima crnih rupa i sl.
Njihovo postojanje prvi je predvidio Albert Einstein 1916. godine na temelju svoje opće teorije relativnosti.
No zanimljivo je da Einstein nije vjerovao da će oni ikada biti zabilježeni zato što nije mogao zamisliti da će ikada biti moguće izgraditi instrument dovoljno precizan za registriranje njihovih minijaturnih dimenzija.
Otkriće gravitacijskih valova
Prve gravitacijske valove zabilježio je 2015. LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), veliki eksperiment izgrađen u SAD-u. U otkriću su sudjelovali brojni znanstvenici iz cijelog svijeta, među kojima i stručnjaci sličnog europskog eksperimenta Virgo.
LIGO se sastoji od dva identična interferometra smještena u različitim regijama SAD-a - jedan se nalazi u Hanfordu u Washingtonu, a drugi u Livingstonu u Louisiani. Svaki interferometar sastoji se od dva okomita kraka duga četiri kilometra koji tvore oblik slova "L". Laserska zraka koja se stvara za potrebe detekcije u njima dijeli se na polureflektirajućem zrcalu i šalje niz svaki krak. Snopovi se reflektiraju nazad na ogledalima postavljenim na njihovim krajevima (grafika dolje).
Kada gravitacijski val prolazi kroz Zemlju, on uzrokuje maleno rastezanje i stezanje prostor-vremena, što utječe na duljinu krakova interferometra. Ova promjena duljine krakova mijenja način na koji laserske zrake međusobno interferiraju što pak omogućuje detekciju prolaska gravitacijskih valova.
Primjerice, ako su prije dolaska gravitacijskih valova zrake lasera bile podešene tako da se nakon prolaska dvama tunelima i reflektiranja u početnu točku interferencijom međusobno poništavaju stvarajući mrak, malo produženje jednog kraka i istovremeno skupljanje drugog, okomitog, pod utjecajem gravitacijskih valova poremetit će početno stanje i učiniti da se pojave bljeskovi svjetla. Interferencija je sraz dvaju valova koji može pojačati, smanjiti ili poništiti valove, baš kao što se to zbiva u srazovima morskih valova – kad se sretnu brijeg i dol, val nestaje.
Prvi gravitacijski valovi koje je otkrio LIGO nastali su spajanjem dviju crnih rupa udaljenih oko 1.3 milijarde svjetlosnih godina. Ovo revolucionarno otkriće potvrdilo je postojanje gravitacijskih valova i otvorilo novo područje astronomije nazvano astronomija gravitacijskih valova. Ono je također prvi put izravno potvrdilo postojanje crnih rupa.
Za to otkriće 2017. godine dodijeljena je Nobleova nagrada koju su podijelili fizičari Rainer Weiss, Barry C. Barish i Kip S. Thorne.
Otkrivanje pozadinskog gravitacijskog šuma
Kako smo već naveli, gravitacijski valovi mogu nastati u različitim izvorima u kojima postoji neko kretanje velikih masa poput crnih rupa ili binarnih zvijezda.
Znanstvenici procjenjuju da se u svemiru sraz dviju crnih rupa događa s učestalošću koja se kreće od jednog u minuti do nekoliko na sat. Njihovi signali vrlo su kratki – traju samo djelić sekunde.
Mnogi tako stvoreni valovi mogli bi biti previše slabog intenziteta da bi se mogli pojedinačno otkrivati. Oni bi se mogli stopiti u gravitacijsku pozadinsku buku nalik na pucketanje kokica ili pak u jednoličan "stohastički" šum koji se naziva gravitacijskom pozadinom. Taj šum jedan je od najtraženijih fenomena u astronomiji gravitacijskih valova.
No gravitacijski valovi također su mogli nastati u inflaciji svemira.
Instrumenti LIGO, Virgo i KAGRA, koji je pokrenut u ožujku ove godine u Japanu, možda bi mogli registrirati nešto od tih pozadinskih gravitacijskih valova.
Njima bi se kroz 15 godina trebao pridružiti još i eksperiment, Svemirska laserska interferometrijska antena (LISA), koja će biti lansirana 2037. godine.
LISA se temelji na istoj tehnologiji kao LIGO i Virgo, no njezini krakovi će se prostirati u svemiru na duljini od 2.5 milijuna kilometara. LISA će raditi na mnogo nižim frekvencijama od LIGO-a i Virgoa tako da će moći otkrivati različite vrste gravitacijskih valnih događaja koje oni ne mogu.
LISA bi teoretski mogla otkriti kozmološke izvore gravitacijske valne pozadine, poput inflacije ili kozmičkih struna - teoretskih pukotina koje su se mogle formirati u svemiru na kraju inflacije, a mogle su gubiti energiju u obliku gravitacijskih valova.
Objava u četvrtak
Znanstvenici su već pronašli neke naznake zapisa gravitacijske valne pozadine u bljeskovima skupova pulsara, no do nedavno nije bilo dovoljno podataka da bi se moglo reći je li u pitanju slučaj, odnosno greška.
To bi se moglo promijeniti s najnovijom objavom najavljenom za četvrtak.
U tom pothvatu izuzetno važno i zahtjevno bit će razlučivanje slabog pozadinskog gravitacijskog šuma od svih ostalih 'zvukova' u Svemiru. No jedan od najperspektivnijih načina za ostvarenje tog cilja upravo je korištenje skupina pulsara.
