Znanstvenici koji rade na projektu LIGO u SAD-u objavili su danas na konferenciji za medije u 16:30 h da su konačno otkrili gravitacijske valove!
‘Instrumenti LIGO-a otkrili su signal koji je imao vrlo specifične karakteristike. Zabilježili su točno ono što bi Einsteinova teorija predvidjela u slučaju da imamo dvije crne rupe koje kruže jedna oko druge i sjedinjuju se’, objavio je direktor LIGO-a David Reitze.
Svaka od crnih rupa koje su emitirale gravitacijske valove ima oko 30 solarnih masa raspoređenih na malenoj površini od nekoliko desetaka kilometara. Od nas su udaljene 1,3 milijarde svjetlosnih godina. Onesu prvo kružile jedna oko druge da bi se konačno stopile u jednu. To je prvi put da su binarne crne rupe snimljene i predstavlja prvi dokaz da stvarno postoje. Okrećući se jedna oko druge, one su ubrzavale i konačno pri srazu dosegle brzinu od oko pola brzine svjetlosti, pojasnio je Reitze istaknuvši kako je to uistinu veliko otkriće.
Gabriela Gonzalez, glasnogovornica kolaboracije LIGO, rekla je da su tisuće znanstvenika, uključujući i one u talijanskom projektu Virgo, radile na ovom otkriću te da je ono potvrđeno u oba detektora LIGO-a, kako u onome koji se nalazi u Hanfordu u saveznoj državi Washington, tako i u 3000 kilometara udaljenom Livingstoneu u Louisiani.
‘LIGO je izgradio dva detektora jer u njima mjerimo promjene u prostoru koje su toliko sićušne da možemo vjerovati da su stvarne samo ako su potvrđene na dva mjesta’, objasnila je.
Predstavljajući grafikon signala objasnila je da ga je 17. rujna 2015. zabilježio detektor u Livingstoneu da bi već 7 milisekundi kasnije isti bio registriran u Hanfordu.
‘Vidjeli smo također signale koji točno odgovaraju računalnim simulacijama za slučaj stapanja dvaju crnih rupa’, dodala je.
Naš fizičar doc. Ivica Smolić s PMF-a u Zagrebu kaže da je to jedno od najvećih otkrića u gravitacijskoj fizici usporedivo s otkrićem Higgsova bozona u Velikom hadronskom sudaraču.
‘Iz onoga što je do sada predstavljeno na konferenciji za novinare izgleda da LIGO kolaboracija ima detaljnu potvrdu da predviđanja teorije relativnosti o gravitacijskim valovima. No treba ipak pričekati kraj konferencije’, rekao je za tportal Smolić.
Kanadski fizičar Cliff Burgess prošli je tjedan na Twitteru objavio da je od svojih ‘doušnika’ saznao da je snaga otkrića čak 5,1 sigma. Signali jačine 5 sigma u svijetu fizike znače da je vjerojatnost da je u pitanju statistička greška vrlo malena – jedan naprama 3,5 milijuna. Preciznije rečeno kada bi se napravilo 3,5 milijuna eksperimenata, moglo bi se očekivati da se samo jednom slučajno dogodi pozitivan rezultat kakav je zabilježen u istraživanju. Dakle, eksperimenti s jačinom pet ili više sigma u fizici se smatraju otkrićem!
Što su gravitacijski valovi?Gravitacijski valovi su putujuće deformacije prostor-vremena, a mogu se usporediti sa zvučnim valovima koji nastaju u zraku ili s valovima vode koji se šire u krugovima kada na površinu bacimo kamen. Njihovo postojanje najavila je još prije 100 godina Einsteinova opća teorija relativnosti. Prema teoriji svemir nije neki prazan prostor već je prostorno-vremenski kontinuum na koji tijela koja se u njemu nalaze utječu svojom masom i kretanjem. Gravitacija u tom kontekstu nije neka nevidljiva sila već je posljedica iskrivljenja prostor-vremena pod utjecajem mase tijela. Što tijelo ima veću masu, to će više iskrivljavati prostor baš kao što će teža kugla stvarati veću udubinu ako je stavimo na rastegnutu gumenu membranu. Ova interakcija tijela i prostora već je potvrđena u brojnim eksperimentima. Primjerice, dokazano je da zvijezde i galaksije svojom masom iskrivljuju prostor čime zakreću i putanje zraka svjetlosti koje prolaze njime. To nam ponekad omogućuje da vidimo čak i neke objekte koji se inače nalaze iza zvijezda i galaksija.
Ono što do danas nije otkriveno, a pretkazano je teorijom relativnosti, su gravitacijski valovi. Oni su zabilježeni samo neizravno, po nekim simptomima, no nikada nisu registrirani u izravnom opažanju. Za njihovo opažanje do nedavno nismo imali dovoljno osjetljive instrumente jer se procjenjuje da bi im amplituda, kada iz dalekog svemira stignu do nas, mogla biti reda veličine milijardinke atoma! Naime, amplituda gravitacijskih valova pada širenjem svemirom kao što valovi na površini vode postupno slabe i nestaju kako se udaljavaju od središta u kojem su nastali.
No čak i s najsofisticiranijim instrumentima za lov na gravitacijske valove kakve danas imamo znanstvenici mogu registrirati samo one koji se stvaraju u događajima u kojima sudjeluju goleme mase pri velikim brzinama. Takvi epski događaji su primjerice eksplozije supernova, sudari supermasivnih crnih rupa, veliki prasak i sl.Ako se otkriće danas potvrdi, a najvjerojatnije hoće, ono će označiti početak nove ere u fizici, osobito u astronomiji. Većina istraživanja u toj grani znanosti temelji se na opažanjima elektromagnetskih valova različitih valnih duljina i energija – od radiovalova, preko vidljive svjetlosti do rendgenskih i gama zraka. Mogućnost preciznog registriranja gravitacijskih valova otvorila bi sasvim novi prozor u nevidljivi svemir jer se oni stvaraju u brojnim događajima u kojima nema elektromagnetskih zračenja. Osim toga oni se neometano šire tako da im ništa ne može prepriječiti put. Zahvaljujući gravitacijskim valovima mogli bismo istraživati čak i sam veliki prasak u kojem je, prema postojećim teorijama, nastao svemir.
Tri eksperimenta
Lovac na gravitacijske valove LIGO u SAD-u sastoji se od dva kompleksa koji su međusobno udaljeni 3.000 km. Jedan je smješten u saveznoj državi Louisiani, a drugi u Washingtonu. Prema glasinama valove su zabilježila oba eksperimenta, što je jedan od uvjeta da se mogu smatrati potvrđenima.
Istu pojavu istražuje i eksperiment Virgo u Italiji. No on do sada nije pronašao ništa jer nije bio unaprijeđen do istih razina preciznosti kao LIGO koji je transformacijom u lipnju 2015. postao čak četiri puta osjetljiviji nego što je bio kada je konstruiran. Trenutno se u Virgu provodi sličan proces unapređenja koji bi trebao biti dovršen tijekom ove godine. Kada bude gotov, otkrivanje gravitacijskih valova bit će podignuto na višu razinu jer će se moći bilježiti na tri mjesta što znači da će se procesom triangulacije moći vrlo precizno otkrivati lokacije izvora iz kojih oni stižu.
Konačno detekcija gravitacijskih valova trebala bi olakšati istraživanja ranih faza razvoja svemira, a neki znanstvenici se nadaju da bi čak mogla pomoći u objedinjavanju dvaju ključnih teorija u fizici – kvantne koja opisuje mikrosvemir i relativnosti koja opisuje makrosvemir. One obje daju odlične rezultate, međutim do danas ih nitko nije uspio ujediniti u jednu što bi bio ‘sveti gral fizike’.
Kako funkcionira Interferometar LIGO-a?
U eksperimentu LIGO laser ispušta zraku od oko 200 vata koja se potom dijeli na dvije koje se usmjeravaju u dva različita pravca pod pravim kutom na putanje duge četiri kilometra (grafika gore). Ako kroz uređaj prođe gravitacijski val, dimenzije prostora će se malo promijeniti – dužina nekog kraka će se na kratko naizmjenično produživati i skraćivati. Zahvaljujući tome zrake lasera, koje su izvorno bile podešene tako da budu u suprotnim fazama, odnosno da se interferencijom međusobno poništavaju kada se odbiju od zrcala i ponovno sretnu, ispast će iz faze, a fotodetektor će to zabilježiti kao signal svjetlosti s određenim periodom koji ima neke karakteristike gravitacijskog vala. Budući da su valne duljine laserskih zraka vrlo malene, a dužine njihovih putanja u usporedbi s njima goleme, čak i minijaturni nabori u prostorvremenu uspjet će rezultirati efektima koje će LIGO moći zabilježiti. Naravno, eksperiment je uređen na takav način da poništava sve moguće smetnje koje bi mogle izazvati lažne signale.
Izvor/tportal.hr