Fale grawitacyjne: czym są, odkrycia i detekcja

Fale grawitacyjne to zmarszczki w krzywiźnie czasoprzestrzeni, które rozchodzą się w przestrzeni.

Są to fale poprzeczne, które poruszają się z prędkością światła emitowanego przez gwałtowne zderzenia zachodzące we Wszechświecie.

W praktyce bardzo trudno jest bezpośrednio wykryć obecność fal grawitacyjnych, ponieważ wydłużenie i kompresja czasoprzestrzeni są bardzo małe.

Pierwotne fale grawitacyjne to te, które doprowadziły do powstania Wszechświata, jak wyjaśnia teoria Wielkiego Wybuchu.

Fuzja dwóch czarnych dziur i propagacja fal grawitacyjnych

Fale grawitacyjne i Einstein

Był Alberta Einsteina (1879-1955), który sugerował istnienie fal grawitacyjnych w ogólnej teorii względności.

W 1915 Einstein doszedł do wniosku, że powaga była to deformacja czasoprzestrzeni.

Fizyk opracował podstawy teoretyczne, ale nie udowodnił istnienia fal grawitacyjnych. Zaledwie 100 lat później społeczność naukowa świętowała uchwycenie fal.

Nagroda Nobla 2017 w dziedzinie fizyki

3 października 2017 r. naukowcy Rainer Weiss (MIT), Barry Barish i Kip Thorne (Caltech) otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Po raz pierwszy wykryli fale grawitacyjne we wrześniu 2015 roku.

instagram story viewer

Było to uznanie dla dzieła, które rozpoczęło się pod koniec lat sześćdziesiątych.

Naukowcy uważają, że uchwycenie fal grawitacyjnych pozwoli nam obserwować wszechświat w nowy sposób, zapewniając szersze zrozumienie otaczającego nas świata.

Rainer Weiss, Kip Thorne i Barry Barish, laureaci Nagrody Nobla 2017 w dziedzinie fizyki

Wykrywanie fal w 2015 r.

Fale grawitacyjne wykryto po raz pierwszy w Stanach Zjednoczonych 14 września 2015 r. dokładnie o 06:50:45 (czasu brazylijskiego).

Jak to się stało?

Powstali z szoku czarne dziury z 36 i 29 mas Słońca (odpowiednio 36 Msol i 29 Msol) i wystąpiły w odległości 1,3 miliarda lat świetlnych.

Gdy tracą energię, czarne dziury zbliżają się, co sprawia, że obracają się szybciej.

Ten ciągły ruch wokół siebie powoduje ich zderzenie, co skutkuje falami grawitacyjnymi.

Ogłoszenie o wykrywaniu fal zostało ogłoszone przez Davida Reitze, dyrektora projektu, zaledwie kilka miesięcy później, w lutym 2016 roku.

W tym samym roku, w czerwcu 2016, ponownie wykryto fale grawitacyjne.

Tym razem czarne dziury były odpowiednio 14 i 8 mas Słońca (14 Msol i 8 Msol) i występowały w odległości 1,4 miliarda lata świetlne.

Posłuchaj tutaj dźwięku fal grawitacyjnych:

Dźwięk zderzenia dwóch czarnych dziur

LIGO - Obserwatorium Fal Grawitacyjnych

Dowód był możliwy dzięki projektowi detektora Ligo - Obserwatorium fal grawitacyjnych z interferometrem laserowym (Obserwatorium Fal Grawitacyjnych metodą Interferometrii Laserowej).

W ramach projektu zbudowano dwa interferometry w Stanach Zjednoczonych, oddalone od siebie o około 3000 kilometrów: jeden w Livingston w stanie Luizjana, a drugi w Hanford w stanie Waszyngton.

System tworzą dwa prostopadłe ramiona o długości 4 km. Posiada również urządzenia, które eliminują hałas z różnych źródeł fal, takich jak trzęsienia ziemi.

Interferometr składa się ze źródła światła (lasera), lustra na końcu każdego ramienia, lustra, które dzieli wiązkę światła na dwie części oraz fotodetektora.

Działalność LIGO sięga 2002 roku. W latach 2010-2015 przerwano jego działanie na proces aktualizacji, który wydaje się działać, biorąc pod uwagę, że w tym roku miało miejsce wielkie osiągnięcie naukowe.

LIGO - Detektor w Livingston, Luizjana

Detektory na całym świecie

Oprócz detektorów istniejących w Stanach Zjednoczonych istnieje jeszcze kilkanaście innych, rozmieszczonych w 9 krajach.

W Brazylii mamy detektor fal grawitacyjnych Mário Schenberga z Instytutu Fizyki USP. Początek jego budowy sięga 2000 roku i jest efektem projektu pn grawiton.

W projekcie biorą udział naukowcy z INPE (Narodowy Instytut Badań Kosmicznych), z Cefetsp (Federalne Centrum Edukacja Technologiczna w Sao Paulo, ITA (Instytut Technologiczny Aeronautyki) i Uniban (Uniwersytet Bandeirant).