Co jsou gravitační vlny?
Když se srazí dvě černé díry, zachvěje se samotný prostor a čas. Toto chvění — gravitační vlna — urazí miliardy světelných let a odečteme ho přístroji schopnými zaznamenat pohyb tisíckrát menší než průměr protonu.
© / kredit: Kosmologické novinky · Zdroj · · CC BY 4.0 · Úpravy: vlastní schéma.
Einsteinovo tajemství z roku 1916
Gravitační vlny předpověděl Albert Einstein krátce po formulaci obecné teorie relativity. V jeho obraze gravitace není tažnou silou na dálku, ale zakřivením samotného prostoročasu. Hmotné objekty „prohlubují" prostor kolem sebe — a když zrychlují, vytvářejí ve struktuře prostoru vlny. Přesněji: zrychlené hmotné objekty vyzařují vlnění prostoročasu, podobně jako kámen hozený do hladiny rybníka. Čím hmotnější a rychlejší pohyb, tím silnější vlny.
Proč je nešlo změřit sto let
Gravitační vlny procházejí hmotou takřka nezastaveny, ale jsou nepředstavitelně slabé — projdou-li kolem, protáhne se prostor o zlomek rozměru protonu. Einstein sám pochyboval, že je někdy změříme. Teprve v září 2015 detekovala americká observatoř LIGO vlny ze srážky dvou černých děr ve vzdálenosti 1,3 miliardy světelných let. Oznámení v únoru 2016 bylo světovou událostí; o rok později dostali průkopníci detekce Nobelovu cenu. Do současnosti (r. 2026) byly potvrzeny již stovky detekcí.
Dvě opačné fáze plusové polarizace gravitační vlny působící na kruh volných testovacích částic. Kresba je pohledem kolmo ke směru šíření; deformace jsou pro názornost silně zvětšené. Nejde o změnu velikosti samotných částic ani o naměřená data.
© / kredit: Kosmologické novinky · Zdroj · Odborný podklad · CC BY 4.0 · Úpravy: vlastní schéma.
Jak detektor vlastně funguje?
Základ je překvapivě jednoduchý: laserový interferometr. Laser se rozdělí na dva paprsky, které projdou kilometr dlouhými vakuovými trubkami pod úhlem 90 stupňů, odrazí se zrcadly a vrátí se zpět. Pokud projde gravitační vlna, jedna trubka se mikroskopicky protáhne a druhá zkrátí — světelné paprsky se rozzáří v mírně jinou chvíli. Na citlivosti věci pracuje i evropský detektor Virgo v Itálii a od 30. let přibude kosmická sestava LISA.
Co gravitační vlny odhalují
- Černé díry, které nevidíme. Vlny nesou informaci o hmotnosti a spinu srážejících se objektů — čísla, která žádný teleskop nezměří. Z katalogu srážek už známe černé díry, o nichž bychom jinak nevěděli.
- Srážky neutronových hvězd. V srpnu 2017 detekce vlny GW170817 doprovázená gama zábleskem a později optickým zábleskem potvrdila, že těžké prvky — zlato, platina, uran — vznikají při srážkách neutronových hvězd. Hodně prvků ve vašem těle vzniklo při takové události.
- Ranný vesmír. Reliktní záření nám ukazuje vesmír starý 380 000 let. Gravitační vlny by mohly ukázat dál — teoreticky až k éře inflace, zlomky vteřiny po Velkém třesku.
Další kapitola: LISA
Evropská mise LISA (plánovaná na 30. léta 21. století) umístí tři sondy do prostoru v uspořádání trojúhelníku o straně 2,5 milionu kilometrů. Vzájemné vzdálenosti sond budou měřeny laserovými paprsky s mikrometrovou přesností na miliardy kilometrů. Citlivost vzroste natolik, že budeme „slyšet" supermasivní černé díry v centrech galaxií, jejich slučování a interakce s hvězdami a plynem kolem nich — věci, které pozemské detektory nezachytí nikdy.
Proč je to zajímavé právě pro vás?
Gravitační vlny navazují doslova na nejsilnější události ve vesmíru — uvolněná energie srážky dvou černých děr krátce předstihne svítivost všech hvězd všech galaxií dohromady — a my je „slyšíme" v laboratořích na Zemi. Astronomie už není jen o světle; máme nový smysl.
Našli jste chybu nebo nepřesnost? Napište redakci. (redakce@kosmonovinky.cz)