Ligo že drugič zaznal gravitacijske valove

Vse v skladu z Einsteinovo relativnostjo
Al. Ma.|15.06.2016 ob 22:44
Ljubljana - MMC RTV SLO
Računalniška simulacija, kako bi bil videti iz malo večje bližine in v človeku vidni svetlobi dogodek, kakršnega so zaznali prek težnostnih valov. Foto: LIGO/A. Simonnet.

Observatorij Ligo je po zgodovinskem februarskem odkritju gravitacijskih valov prišel na dan z novo zaznavo. Tudi tokrat je skozi čas-prostor opazoval združitev dveh črnih lukenj.

Fizik Albert Einstein je pred stoletjem povedal, da smo postavljeni v "tkanino" prostor-čas, ter napovedal, da mora ta tkanina ob posebnih pogojih valovati. Februarja so to valovanje prvič zaznali, kar je strokovna javnost pospremila z napovedjo Nobelove nagrade. Zdaj so gravitacijske valove zaznali že drugič in oba primera v ničemer ne nasprotujeta teoriji relativnosti, so sporočili iz največjega zemeljskega observatorija za te namene (Ligo). Einstein je imel v tem primeru prav.

Dve ogromni ravnili
Ligo je ime za dva velika kompleksa v ZDA, vsak je na svoji obali z medsebojno oddaljenostjo 3.000 kilometrov in z identično sestavo. Kompleksa sta, poenostavljeno, štirikilometrski ravnili, ki ves čas lasersko merita, ali ti štirje kilometri merijo točno toliko - ali ne. Če se to zgodi, obstaja možnost, da je mimo prišel gravitacijski val, odmev nekega oddaljenega in silnega dogodka, ter se "poigral" s prostorom. Naloga je izjemno zahtevna: zaznati morata spremembe, ki so primerljive z dogodkom, ko se prostor med dvema milijonoma kilometrov oddaljenima objektoma skrči za milijoninko milijoninke milimetra.

Spet dve črni luknji
Kaj je Ligo našel tokrat? Ponovno dve črni luknji, izjemno masivna in gosta objekta, ki sta se v divjem plesu drug okoli drugega združila v eno. Dogodek se je zgodil 1,4 milijarde svetlobnih let stran od Zemlje in prav toliko časa nazaj, Ligo pa ga je zaznal 26. decembra lani (vmesen čas so potrošili za analize in izračune, ki so pripeljali do, kot pravijo, 99-odstotne gotovosti dogodka).

Raziskava je objavljena v znanstveni publikaciji Physical Review Letters.

Izračuni so pokazali, da je prvi objekt vseboval 14,2, drugi 7,5 mase Sonca, kar pomeni, da sta zanesljivo črni luknji in ne nevtronski zvezdi. Iz mas so na Ligu špekulirali, kako bi lahko nastali. Verjetno je vsaka izmed njiju "izdelek" dveh masivnejših zvezd sosed, pri čemer je ena drugi odsesala večino materiala. Signal, ki nosi oznako GW151226, je trajal sekundo. Iz njega so še izvili podatek, da se novonastala črna luknja z 21 masami Sonca zelo hitro vrti; z okoli 70 odstotki najvišje mogoče; in da se je med hipnim dogodkom v sevanje in gravitacijske valove neposredno pretvorila masa enega Sonca.

Ker sta observatorija Ligo "le" dva, so izvor signala lahko le omejeno določili. Prišel je z območja neba, ki bi ga pokrilo 4.000 Mesecev. Če bodo v prihodnosti postavili še kakšen observatorij (načrti obstajajo), se bo lokacijska natančnost precej povečala.

Februarsko odkritje je vsebovalo črni luknji z maso 29 in 36 Sonc, dogodek pa je bil oddaljen 1,3 milijarde svetlobnih let. Signal je trajal precej manj, le 0,2 sekunde. Z detekcijo so tudi z znanstveno visoko gotovostjo potrdili obstoj črnih lukenj.

Ligo deluje že dolgo. Od leta 2002 do 2010 je šel skozi prvo fazo iskanja, a povsem brez uspeha. Septembra lani je konzorcij končal večjo nadgradnjo instrumentov, ki je - očitno - zadostovala. Za Ligom stoji mednarodna znanstvena skupina, ki združuje 90 ustanov iz 15 držav sveta.

Nov način "gledanja vesolja"
Težnostno valovanje ima številne lastnosti, ki lahko marsikaj povedo o njegovem izvoru. Valovna dolžina, amplituda, frekvenca, polarizacija ... to so tudi lastnosti elektromagnetnega valovanja oziroma svetlobe, glavnega medija, s katerim človeštvo opazuje vesolje. In zdaj ima na voljo še en medij, ki lahko pove še marsikaj več. Gravitacijskih valov namreč ne zaustavljajo prah, plini in druge ovire, temveč potujejo kar skozi snov.

Esa nadaljuje iz vesolja
Medtem Evropska vesoljska agencija že razvija tehnologijo prihodnosti, vesoljski observatorij za gravitacijske valove. Medtem ko se Ligo sooča z velikimi nevšečnostmi planeta (potresi, magnetizem, toplota), bo Esina eLisa v vesolju 1,5 milijona kilometrov stran od Zemlje, kjer vlada precej večja tišina. Zadeva je še precej v povojih, saj so februarja letos v nebo poslali šele prototip, malo sondo Lisa Pathfinder, ki služi zgolj kot pilotni projekt preizkusa, ali sploh gredo v pravo smer.

Za zdaj kaže zelo dobro. Pred dnevi so z Ese sporočili, da je sonda za kar petkrat presegla pričakovanja. V osnovi je to veliko kovinsko ohišje, v katerem prosto lebdita dve kocki iz platine in zlata, Esa pa je morala doseči, da ohišje okoli njiju lebdi, ne da bi ju kakor koli motilo. To so dosegli. Projekt v polni sestavi, eLisa, pa predvideva dve sondi na oddaljenosti enega milijona kilometrov, ki bosta prav tako merili, ali se vmesna razdalja morda krči in razteza. V vesolje naj bi poletela čez dobro desetletje.

Video 1: Primerjava obeh do zdaj zaznanih signalov

Video 2: Simulacija binarne črne luknje


Ligo - dve vakuumski cevi, dolgi vsaka po štiri kilometre, postavljeni pravokotno druga na drugo. Foto: LIGO
Pasova neba, kjer naj bi nastala dva do zdaj zaznana gravitacijska dogodka v Ligu. Foto: LIGO/Axel Mellinger
Esin Lisa Pathfinder, znanilec bodočega zaznavanja gravitacijskih valov iz vesolja. Foto: Esa
Ponazoritev vpliva dveh druga okoli druge krožečih črnih lukenj na čas-prostor. Foto: LIGO/T. Pyle

Znanost in tehnologija