Po włączeniu we wrześniu 2015 r. Podwójne obserwatorium LIGO - Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatories w Hanford w Waszyngtonie i Livingston w Luizjanie - wykryło jednocześnie połączenie dwóch czarnych dziur w pierwszej sesji roboczej, chociaż ich czułość została ustawiona na 30% możliwy. Połączenie dwóch czarnych dziur o masach 36 i 29 mas Słońca, odkrytych 14 września 2015 r. Oraz innych czarnych dziur o masach 14 i 8 mas Słońca, odkrytych 26 grudnia 2015 r., Dostarczyło pierwszego jednoznacznego i bezpośredniego potwierdzenia istnienia fal grawitacyjnych. Zajęło to sto lat. Wreszcie technologia była w stanie przetestować teorię i potwierdzić ją.
Ale odkrycie tych fal to dopiero początek: w astronomii nadchodzi nowa era. 101 lat temu Einstein przedstawił nową teorię grawitacji: ogólną teorię względności. Wraz z tym nadeszła realizacja: odległe masy nie przyciągają od razu podobnych mas w całym wszechświecie, ta obecność materii i energii deformuje strukturę czasoprzestrzeni. Ten zupełnie nowy obraz grawitacji przyniósł ze sobą cały szereg nieoczekiwanych konsekwencji, w tym soczewkowanie grawitacyjne, rozszerzający się wszechświat, dylatację czasu grawitacji i - jak teraz wiemy z całą pewnością - istnienie nowego rodzaju promieniowania: fal grawitacyjnych. Kiedy masy poruszają się lub przyspieszają względem siebie w przestrzeni, sama reakcja przestrzeni powoduje zmarszczki. To tętnienie przemieszcza się w przestrzeni z prędkością światła iw rezultacie wpadając do naszych detektorów,informuje nas o odległych wydarzeniach za pośrednictwem fal grawitacyjnych.
Najłatwiej jest wykryć obiekty emitujące silne sygnały, a mianowicie:
- duże masy, - zlokalizowane w niewielkiej odległości między sobą, - szybko obracający się, Film promocyjny:
- ze znacznie zmieniającymi się orbitami.
Najlepszymi kandydatami są oczywiście zderzające się obiekty, takie jak czarne dziury i gwiazdy neutronowe. Musimy również pamiętać o częstotliwości, z jaką możemy wykryć te obiekty, która będzie w przybliżeniu równa długości drogi detektora (długość ramienia pomnożona przez liczbę odbić) podzielonej przez prędkość światła.
LIGO ze swoimi 4-kilometrowymi ramionami z tysiącami odbić światła może widzieć obiekty z częstotliwościami rzędu milisekund. Obejmuje to łączenie się czarnych dziur i gwiazd neutronowych w końcowej fazie łączenia, a także egzotyczne zdarzenia, takie jak czarne dziury lub gwiazdy neutronowe, które pochłaniają dużą część materii i bulgoczą, stając się bardziej kulistymi. Wysoce asymetryczna supernowa może również tworzyć falę grawitacyjną; jest mało prawdopodobne, aby zapadnięcie się jądra uderzyło w detektory fal grawitacyjnych, łączenie się białych karłów w pobliżu mogłoby równie dobrze.
Widzieliśmy już łączenie się czarnych dziur z czarnymi dziurami, a wraz z poprawą LIGO można rozsądnie założyć, że w ciągu najbliższych kilku lat będziemy mieć pierwszą generację szacunków czarnych dziur o masach gwiazd (od kilku do stu mas Słońca). LIGO musi także znaleźć połączenia gwiazd neutronowych z gwiazdami neutronowymi; kiedy obserwatoria osiągną planowaną czułość, będą w stanie obserwować od trzech do czterech zdarzeń miesięcznie, jeśli nasze szacunki dotyczące częstotliwości ich łączenia i czułości LIGO są prawidłowe.
Asymetryczne supernowe i bulgotanie egzotycznych dziur neutronowych będą niezwykle interesujące do wykrycia (jeśli to możliwe, ponieważ uważa się, że są to rzadkie zdarzenia). Ale największych przełomów można się spodziewać po większej liczbie detektorów. Kiedy detektor VIRGO we Włoszech zacznie działać, rzeczywiste pozycjonowanie będzie możliwe dzięki triangulacji: będziemy w stanie dokładnie określić, gdzie te zdarzenia powstały w kosmosie, a następnie przeprowadzić pomiary optyczne. Za VIRGO pojawią się interferometry fal grawitacyjnych w Japonii i Indiach. Za kilka lat nasza wizja nieba fal grawitacyjnych osiągnie nowy poziom.
Ale nasze największe sukcesy zaczną się, gdy przeniesiemy w kosmos nasze ambicje związane z falami grawitacyjnymi. W kosmosie nie jesteś ograniczony do hałasu sejsmicznego, wypadków ciężarówek czy tektoniki płyt; tylko cicha próżnia w tle. Nie jesteś ograniczony krzywizną Ziemi, możliwą długością ramion obserwatorium; możliwe jest wystrzelenie obserwatorium dalej od Ziemi lub nawet na orbitę wokół Słońca. Mogliśmy mierzyć obiekty nie przez milisekundy, ale przez sekundy, dni, tygodnie lub dłużej. Mogliśmy wykryć fale grawitacyjne z supermasywnych czarnych dziur, w tym największych znanych obiektów we wszechświecie.
Wreszcie, jeśli zbudujemy kosmiczne obserwatorium wystarczająco duże i wystarczająco czułe, będziemy mogli zobaczyć fale grawitacyjne pozostałe po samym Wielkim Wybuchu. Moglibyśmy bezpośrednio wykryć grawitacyjne perturbacje kosmicznej inflacji i nie tylko potwierdzić nasze kosmiczne pochodzenie, ale także udowodnić, że sama grawitacja jest kwantową siłą natury. W końcu te inflacyjne fale grawitacyjne nie mogłyby się pojawić, gdyby sama grawitacja nie była polem kwantowym.
Obecnie trwa debata nad tym, która misja NASA będzie priorytetem w latach trzydziestych XX wieku. Chociaż oferowanych jest wiele dobrych misji, warto zwrócić uwagę na budowę kosmicznego obserwatorium fal grawitacyjnych na orbicie wokół Słońca. Mamy technologię, udowodniliśmy jej wykonalność, potwierdziliśmy istnienie fal. Przyszłość astronomii fal grawitacyjnych jest ograniczona tylko tym, co może nam zapewnić sam wszechświat i ile na to wydamy. Okres rozkwitu nowej ery już się rozpoczął. Pozostaje pytanie, jak jasno będzie świecić ta nowa dziedzina astronomii.
ILYA KHEL