Keď v roku 2015 zachytili detektory LIGO signál z gravitačných vĺn, bolo to ako jasné tlesknutie – signál mal jasný začiatok, koniec a dobre čitateľný profil.
Z presnej povahy tohto signálu sa dalo určiť, čo ho vyvolalo – zrážka dvoch čiernych dier s niekoľkonásobkom hmotnosti nášho Slnka. Podarilo sa určiť ich zrážkové parametre aj vzdialenosť od Zeme. Ako vravím, veľmi jasný signál.
Celé spektrum
Dlho sa premýšľalo nad tým, že vesmír je plný aj veľmi nejasného signálu, šumu gravitačných vĺn. Kým vlny zachytené detektorom LIGO pripomínajú tlesknutie, tu si predstavte oveľa hlbší a rozťahanejší zvuk – niečo ako meditačné ómmm. Efekt na hmotu je podobný, aj tieto gravitačné vlny spôsobujú periodické zmenšovanie a zväčšovanie veľkosti telies, cez ktoré prechádzajú. Rozdiel je však v perióde. Kým pri tých prvých sa bavíme o milisekundách, tu sú to typicky roky, pokojne aj oveľa viac.
Možno sa teraz divíte, že môžu existovať aj takéto hlboké tóny gravitačných vĺn. V skutočnosti by mali existovať gravitačné vlny všetkých možných frekvencií, od milisekundových – a pokojne aj kratších – až po také, ktoré majú frekvencie porovnateľné s vekom vesmíru.
Čo je zdrojom týchto vĺn? Domnievame sa, že vlny všetkých frekvencií vznikali tesne po veľkom tresku. K nim potom navyše pribudli vlny z bežných zrážok, tzv. stelárnych, čiernych dier či neutrónových hviezd a potom ešte stredne dlhé vlny vytvorené obiehajúcimi sa supermasívnymi čiernymi dierami.
Áno, je to zložité. Skúsme si to rozdeliť takto: vlny rádovo veľké ako vesmír, naša Galaxia, naša Slnečná sústava a planéta. Tie posledné zachytil detektor LIGO. Tie prvé nechali odtlačky v reliktovom žiarení a v roku 2012 si vedci v zoskupení BICEP mysleli, že ich objavili, no výsledok bol postavený na chybe, preto bol stiahnutý. Tie ako naša Slnečná sústava bude zachytávať detektor LISA, ktorého prevádzku plánuje Európska vesmírna agentúra na rok 2037. No a tie galaktické sa podarilo zachytiť nedávno. Teda, ako sa to vezme.
Tikot vesmírnych hodiniek
Na tieto vlny potrebujete detektor s rozmermi galaxie a signál zbierať roky, aby sa identifikovala a určila povaha gravitačného šumu. Takýto veľký detektor sa z grantov stavia ťažko, poslúžili však pulzary – skolabované jadrá hviezd, ktoré majú hmotnosť Slnka a rozmer mesta. Stabilne oscilujú niekoľko stokrát za sekundu a slúžia ako také vesmírne hodinky. Približne 15 rokov sa pozorovalo blikanie desiatok takýchto pulzarov a z výsledku analýzy oznámilo združenie NANOGrav, že úspešne pozorovali pozadie gravitačných vĺn. Prispievajú do neho už spomínané supermasívne čierne diery, čiastočne však možno aj veľký tresk a dokonca aj – možno – hypotetické objekty zvané kozmické struny. Výsledky sa budú rokmi hromadením dát spresňovať.
Kedysi sme sa na vesmír pozerali iba optickými teleskopmi, teda cez tie vlnové dĺžky, ktoré vidno voľným okom. Až potom sa ľudia začali pozerať cez UV svetlo, rádiové a infračervené vlny či gama záblesky. Pri gravitačných vlnách sme doteraz – z technických dôvodov – skúmali len gravitačné vlny veľmi špecifických dĺžok. Teraz sa ukázalo, že – ako sme naozaj tušili – existujú aj iné gravitačné vlny. Otvárame ďalšie okno do vesmíru.
Samuel Kováčik
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Viac podobných článkov nájdete na stránke vedator.space.
