Компјутерска симулација која ги прикажува гравитациските бранови за време на судирот на црна дупка. Открититето има големи импликации за науката. Заслуги: MPI for Gravitational Physics/W.Benger-Zib
Луѓе од целиот свет славеа на 11 февруари кога научниците највија дека директно ги детектирале првите гравитациски бранови – бранувања во „ткаенината“ на простор-времето, чие што постоење беше прв пат предложено од Алберт Ајнштајн во 1916 година.
Брановите доаѓаат од две црни дупки кои кружеле една околу друга, сѐ поблиску и поблиску, додека конечно не се судриле. Неодамна надградениот LIGO – Large Interferometer Gravitational Wave Observatory го фатил сигналот на 14 септември 2015 г. Но, не секое научно откритие наидува на ваков прием, па зошто има толкава возбуда и што е следно за LIGO откако ги забележа овие таинствени бранови?
За почеток, самото детектирање на две црни дупки кои се судираат е само по себе возбудливо, со оглед на тоа што никој досега не знаеше со сигурност дали црните дупки навистина се спојуваат заедно за да направат уште помасивна црна дупка, но сега постои физички доказ. И радоста е голема поради директниот доказ за феноменот кој беше предвиден пред 100 години, а откриен со помош на инструмент кој беше предложен пред 40 години.
Но, она што е навистина монументално за ова откритие е дека му дава можност на човештвото да го види Универзумот на комплетно нов начин. Можноста директно да се детектираат гравитациски бранови, кои се генерирани од забрзувањето или забавувањето на масивни објекти во Вселената, е споредено со можноста глувонем човек наеднаш да слуша. Сега имаме на располагање комплетно нова област полна со информации.
„Како првиот пат кога Галилео го вперил телескопот кон небото“ вели член на тимот на LIGO, Василики Калогера, професор по физика и астрономија при Универзитетот Нортвестерн во Илиноис. „Ги отворате очите, во овој случај, нашите уши кон нов сет на сигнали од Универзумот кои што нашите претходни технологии не ни овозможуваа да ги примиме, проучиме и да научиме од нив.“
„До овој момент, ние бевме глуви за гравитациските бранови“ рече Извршниот директор на LIGO, Дејвид Рајце од Caltech, за време на прес конференцијата во Вашингтон. „Она што следи сега е можноста да слушаме многу работи, и без сомнение ќе слушнеме работи кои очекуваме да ги слушнеме… но, ќе слушнеме и работи кои никогаш не сме ги очекувале.“
Со новиот сензорски поглед на Универзумот, еве некои од работите кои научниците очекуваат да ги откријат.
Нов прозорец кон Универзумот
LIGO е особено чувствителен на гравитациски бранови кои доаѓаат од насилни космички настани, како судар на два масивни објекти или експлозија на ѕвезда. Опсерваторијата има потенцијал да ги лоцира овие објекти или настани пред телескопите кои користат светлина за набљудување, и во некои случаи, набљудувањата на гравитациски бранови може да бидат единствен начин да се откријат и проучат таквите настани.
Маси кои се движат предизвикуваа гравитациска радијација која го растегнува и притиска простор-времето. Заслуги: By Karl Tate, Infographics Artist
На пример, научниците објавија дека LIGO идентификувал две црни дупки кои се вртат една околу друга и се спојуваат во еден конечен енергетски судир. Како што укажува нивното име, црните дупки не зрачат светлина, што значи дека тие се невидливи за телескопите кои собираат и проучуваат електромагнетна радијација. Некои црни дупки се видливи со телескопи кои користат светлина, бидејќи материјалот кој се наоѓа во нивна непосредна близина зрачи, но научниците досега не забележале примери на црни дупки кои се спојуваат со материјал кој зрачи околу нив.
Дополнително, црните дупки кои се забележани од LIGO се 29 и 36 пати помасивни од Сонцето. Но, Рајце кажа дека чувствителноста на LIGO продолжува да се подобрува, па така, инструментот може да биде чувствителен на далечни црни дупки кои се 100, 200 или дури 500 пати помасивни од Сонцето.
Научниците веќе знаат дека проучување на небото во различни бранови должини на светлина може да открие нови податоци за космосот. Многу векови наназад, астономите можеа да работат само со оптичка светлина. Но, неодамна истражувачите направија инструменти кои им овозможуваат да го проучуваат универзумот со користење на X-зраци, ултравиолетови бранови и гама-зраци. Секој пат, научниците имаат нов поглед на Универзумот.
На ист начин, гравитациските бранови имаат потенцијал да им покажат на научниците нови особини на космичките објекти, вели член на тимот на LIGO.
„Ако сме доволно среќни да имаме супернова во нашата галаксија, или можеби во некоја поблиска галаксија, ќе можеме да ја видиме вистинската динамика која што се одвива во суперновата“ вели ко-основачот на LIGO, Рајнер Вајс од MIT. Додека светлината е честопати блокирана од прав и гас, „гравитациските бранови доаѓаат директно и непречено [од суперновата]“ вели Вајс. „Како последица, навистина може да се открие што се случува внатре во овие нешта“.
Други егзотични објекти кои научниците се надеваат да ги проучат со гравитациските бранови се неутронските ѕвезди кои се неверојатно густи, изгорени ѕвездени тела: една лажичка материјал од неутронска ѕвезда би тежела околу милијарда тони на Земјата. Научниците не се сигурни што се случува со вообичаената материја во такви екстремни состојби, но гравитациските бранови може да носат информација за внатрешноста на неутронската ѕвезда сѐ до Земјата.
LIGO има поставен систем да ги алармира телескопите кои користат светлина кога детектротот забележува гравитациски бран. Некои од астрономските настани кои LIGO ќе ги проучува, како судар на неутронски ѕвезди, можат да произведат светлина во сите бранови должини, од гама-зраци до радио бранови. Со системот за алармирање на LIGO, научниците ќе можат да набљудуваат астрономски настани или објекти во различни бранови должини кои пак ќе обезбедат „многу комплетна слика“ за тие настани, вели Рајце.
„Кога тоа ќе се случи, мислам дека ќе биде следното големо нешто во ова поле“ вели тој.
Релативитет
Гравитациските бранови беа првпат предвидени во Општата теорија за релативноста на Ајнштајн, која е објавена во 1916 г. Оваа позната теорија им се спротистави на различни видови на физички тестови, но има некои аспекти кои научниците не беа во можност да ги проучат во реалниот свет, затоа што тие побаруваа многу екстремни околности. Екстремното искривување на простор-времето е само еден пример за ова.
„Досега сме виделе искривено простор-време само кога е многу мирно – како да сме ја виделе површината на океанот на многу мирен ден, кога е водата како стакло“ вели Кип Торн од Caltech, уште еден од основачите на LIGO и експерт за закривено простор-време. „Никогаш не сме го виделе океанот разбрануван од огромни бранови. Сето тоа се смени на 14-ти септември. Црните дупки кои се судрија и кои ги произведоа овие гравитациски бранови направија насилна бура во ткаенината на просторот и времето“.
Но, проучувањето на општата релативноста преку гравитациски бранови е далеку од завршена. Остануваат отворени прашањата за природата на гравитонот, честичка за која се верува дека носи гравитациска сила (како што фотонот е честичка која носи електромагнетна сила). И научниците имаат многу прашања за внатрешните механизми на црните дупки, кои можат да се осветлат со помош на гравитациските бранови. Но, сето тоа ќе се разоткрива полека, во текот на мнгу години, како што LIGO и останатите инструменти ќе собираат повеќе податоци за повеќе настани.
Наследство за иднината
Со користење на ласерски зраци, научниците откриле физички дисторзии причинети од гравитациски бранови кои поминуваат. Заслуги: By Karl Tate, Infographics Artist
Гледајќи кон наредните три години, Рајце вели дека соработката е фокусирана кон зголемување на чувствителноста на LIGO до неговиот целосен потенцијал. Со ова, опсерваторијата, која се состои од два големи детектори, еден во Луизијана и друг во Вашингтон, ќе биде почувствителна на гравитациските бранови. Но, научниците не знаат колку настани LIGO ќе види, бидејќи не знаат колку често се случуваат овие настани во Универзумот.
LIGO детектираше спојување на две црни дупки дури и пред инструментот да започне со официјалната кампања за набљудување по неговата неодамнешна надградба, но можно е дека станува збор за среќна пауза. За да се започне со гравитациска астрономија, потребни се повеќе податоци.
Кога беше запрашан да го коментира влијанието на LIGO во светот надвор од научната заедница и како науката за гравитациските бранови може да влијае на секојдневниот живот на луѓето, Рајце едноставно рече: „Кој знае?“
„Која Ајнштајн ја предвиде општата релативност, кој можеше да предвиди дека ќе ја користиме секојдневно кога ги користиме нашите мобилни телефони?“ (Општата релативност овозможува разбирање за тоа како гравитацијата влијае на текот на времето, и оваа информација е неопходна за GPS технологијата која користи сателити кои орбитираат подалеку од гравитациската сила на Земјата од луѓето на површината.)
LIGO е „инструмент со најголема чувстителност кој е досега направен“ изјави Рајце, и технолошкиот напредок кој се направи за време на изградбата на опсерваторијата може да се примени на начини кои луѓето сè уште не можат да ги предвидат.
Превод: Софија Спировска
Извор: Space
