Уметнички приказ на гравитациските бранови ослободени од страна на два масивни објекти во блиска орбита. Заслуги: MoocSummers
Веројатно најголемата научна приказна на годината, а и најзасрамувачкото избрзување со заклучоци, беше откривањето на докази за гравитациски бранови од раѓањето на Универзумот. Во меѓувреме, потрагата по гравитациски бранови од поблиските астрономски појави, како што се неутронските ѕвезди во блиски орбити, продолжува.
Но што се гравитациски бранови? Првата работа е да ги разликуваме од гравитационите бранови, кои се целосно различни. Гравитационите бранови вклучуваат познати концепти, како што се водените бранови во океанот. Тие се јавуваат кога нешто ја вознемирува течноста, а гравитацијата ја враќа назад, создавајќи осцилација околу средното ниво.
Гравитациските бранови, од друга страна, се далеку поегзотични. Нивното постоење се потпира на концептот простор-време, како што е опишано од Ајнштајн во неговата Општа теорија на релативноста. Нам ни изгледа дека светот е тродимензионален, додека времето се чини дека е нешто сосема различно. Сепак, Ајнштајн ги соединува сите нив како еден тополошки простор.
Според она што можеме да го сметаме како секојдневни услови, простор-времето е непотребно, а и премногу комплицирано за да се бориме со него. Сепак, во услови на екстремна гравитација или забрзување, времето се менува на начин кој значи дека не може да се третира одвоено од Вселената. Доволното забрзување го менува начинот на кој го набљудуваме времето. Тоа можеме да го измериме на пониски нивоа, споредувајќи ги ситните отстапувања во атомските часовници на Земјата (кои се под влијание на гравитацијата на Земјата), во споредба со оние на сателитите.
Едно од предвидувањата на општиот релативитет е дека објектите кои забрзуваат ќе произведат гравитациски бранови, освен ако нивните движења имаат одредена форма на симетрија. Во теорија, било кој објект, без оглед колку е мал, што забрзува на извесен начин може да произведе гравитациски бранови. Овие бранови најчесто се споредуваат со брановите во простор-време континуумот. Тие се шират нанадвор од објектот кој ги емитира со брзина на светлината, оддавајќи енергија во процесот.
Во праксата, сепак, брановите кои повеќето објекти ги емитуваат се смета дека се толку неверојатно мали, што дури и најчувствителната опрема што во моментов би можеле да ја осмислиме нема да дојде ни блиску до нивно откривање.
Сепак, колку е објектот потежок и колку побрзо патува, толку се поголеми гравитациските бранови. Некои астрономски појави би требало да произведат бранови доволно моќни да можат да бидат откриени. Една можност е експлозија на супернова која не е совршено симетрична. Сепак, недостаток на супернови во нашата галаксија во последниве векови го прави ова предизвикувачка цел. Како резултат на тоа, потрагата по гравитациски бранови се фокусираше на две можности.
Од една страна, постои бран од забрзување кој се верува дека ја следи Големата експлозија за трилионити дел од секундата. Од друга страна, постојат пулсари и неутронски ѕвезди во исклучително блиски орбити, или едни со други или со некои многу тешки објекти. Додека научниот свет чека на дополнителни докази за тоа дали новооткриените гравитациски бранови од почетокот на Универзумот треба да бидат прогласени за грешка или не, ние имаме силни индиректни докази од пулсарите.
Енергијата носена од гравитациските бранови мора да доаѓа од некаде, а ефектот е да предизвика орбитите да се стеснуваат, со благо доближување на објектите кои орбитираат еден околу друг. Да се види колку мал ефектот може да биде, се верува дека оддалеченоста на Земјата од Сонцето се намалува за 3.5⋅10-13 m годишно како резултат на губење енергија во гравитациски бранови. Ова значи дека во текот на животниот век на планетата ние сме се придвижиле 1.6 mm поблиску до Сонцето, растојание буквално збришано од други влијанија.
Бинарниот систем Хулс-Тејлор, од друга страна, се пулсар и обична ѕвезда кои орбитираат во радиус не многу поголем од оној на Сонцето. Триесет години на набљудувања забележале дека орбитата се намалувала токму онака како што општиот релативитет предвидува ако гравитациските бранови ја изнесуваат енергијата – пронајдок кој ја освои Нобеловата награда.
Во обид да се откријат гравитациските бранови директно наместо да го констатираме нивното постоење од стеснувањата на орбитите, научниците поставуваат сет на интерферометри со ласери кои детектираат кога должината на едниот зрак се движи, барем и минимално во однос на другиот. Гравитацискиот бран би го издолжил едниот и би го намалил другиот, што потенцијално би ја нарушило усогласеноста на ласерите. Сепак, дури и на 2 – 4 километри долгите зраци од најчувствителните детектори во светот допрво треба да дадат недвосмислен резултат.
Шематски приказ на ласерски интерферометри, со дојдовен зрак поделен да патува на два дела под прав агол пред повторно да се спои, откривајќи ги релативните промени во должината на секој од зраците на половина бранова должина.
Новата генерација на детектори ќе биде уште почувствителна и постои надеж дека тие ќе ги соберат гравитациските бранови, не само за да го потврдат општиот релативитет, туку и да ни обезбедат нов сет на алатки за да се истражуваат настани кои произведуваат бранови. На почетокот можеби нема да бидеме во можност да детектирме многу повеќе од постоењето на еден бран, но се надеваме дека со текот на времето ќе бидеме во можност да ги измериме фреквенциите и менувањето на амплитудата на брановите за да ги проучиме, како што сега правиме со светлината.
Земјотресите се проблем за овие детектори на гравитациски бранови, бидејќи тие може да произведат слични нарушувања во должината на зраците. Некои сигнали се откриени и би можело да се гравитациски бранови или нешто полокално, што е причина за потребата од меѓународна мрежа на детектори. Меѓутоа, исто така е можно дека поминувањето на гравитациските бранови низ Земјата би можело да предизвика земјотреси, претворајќи ја целата планета во уред за откривање на гравитациски бранови.
Претходно оваа година беше објавено едно истражување кое се обиде да најде докази за некој модел на земјотреси кои ќе укажат на влијанието на гравитациските бранови. Ништо не беше пронајдено, но истражувачкиот тим се надева дека месечевите сеизмометри поставени од страна на Аполо астронаутите може да се покажат како порелевантни. Ниското ниво на внатрешна активност на Месечината треба да дозволи да дојдат до израз надворешните потреси, овозможувајќи ни да најдеме недвосмислени докази, таму каде многу други техники не успеаја.
Преведе: Боро Костевски
Извор: IFLS
