Co zatím gravitační vlny odhalily?
Gravitační vlny byly detekovány poprvé v září 2015 a od té doby astronomové ohlásili přes sto událostí. Ukázaly srážky černých děr, které nikdy nebylo možné opticky pozorovat, doprovodily srážku neutronových hvězd zábleskem v celém elektromagnetickém spektru a objevily populaci černých děr, kterou teorie předtím neznala.
© / kredit: Kosmologické novinky · Zdroj · · CC BY 4.0 · Úpravy: vlastní schéma.
Z prvního signálu ke katalogu událostí
- září 2015 zachytila observatoř LIGO v USA signál s označením GW150914 — chvění prostoru-času způsobené srážkou dvou černých děr vzdálených 1,3 miliardy světelných let. Šlo o první přímou detekci gravitačních vln, jejichž existenci předpověděl Einstein přesně před sto lety. Objevu se říká objev století a v roce 2017 mu byla udělena Nobelova cena. Od té doby se detektory zlepšily, přidal se evropský detektor Virgo a japonský KAGRA — a katalog detekovaných událostí přesáhl sto položek. Z futuristické predikce se stal rutinní astronomický nástroj.
Černé díry, které světlo nevyzařují
Nejčastějšími zdroji gravitačních vln jsou srážky černých děr. Přibližují se k sobě, krouží kolem sebe stále rychleji a nakonec splynou v jedinou — přičemž do prostoru vyzařují energii několika hmotností Slunce v podobě gravitačních vln. Tyto srážky se dějí v úplné tmě: žádný teleskop je nevidí, protože černé díry světlo neemitují. Gravitační vlny jsou jediným způsobem, jak je pozorovat. Detekce odhalily populaci černých děr s hmotnostmi, které teorie hvězdného vývoje předtím nepředpovídaly — například černé díry kolem 30 hmotností Slunce a víc, vzniklé patrně z prvních hvězd vesmíru. Vesmír tak dokazuje, že je mnohem záhadnější, než dokáže naše představivost pojmout.
Srážka neutronových hvězd: multi-messenger astronomy
- srpna 2017 detekovaly LIGO a Virgo srážku dvou neutronových hvězd (událost GW170817) — a tentokrát šlo o něco, co šlo pozorovat i světlem. Během několika hodin zamířily k události desítky teleskopů na Zemi i na oběžné dráze. V následujících dnech a týdnech byl zaznamenán signál v gama paprscích, rentgenu, ultrafialovém, viditelném, infračerveném i rádiovém pásmu. Poprvé v historii byla pozorována jedna a tatáž událost dvěma zcela odlišnými způsoby: gravitačními vlnami i světlem. Výsledek potvrdil, že srážky neutronových hvězd jsou hlavní továrnou na těžké prvky — zlato, platina i uran ve vesmíru vznikají právě zde.
Zjednodušené pořadí příchodu a rozpoznání signálů události GW170817: gravitační vlny, gama záblesk přibližně o 1,7 sekundy později a následně nalezený optický protějšek. Časové rozestupy na obrázku nejsou v měřítku; různá elektromagnetická pásma byla sledována také další dny a týdny.
© / kredit: Kosmologické novinky · Zdroj · Odborný podklad · CC BY 4.0 · Úpravy: vlastní schéma.
Co zatím nenašly
Gravitační vlny zatím neodhalily několik očekávaných zdrojů. Nenašly se vlny od samostatných rotujících neutronových hvězd — jsou příliš slabé pro současné detektory, i když by měly existovat. Nepodařilo se zachytit vlny z kosmických strun — hypotetických jednorozměrných defektů raného vesmíru, jejichž detekce by potvrdila teorii velkého sjednocení. A dosud nikdo nezachytil stochastické pozadí gravitačních vln — jemné šumění způsobené součtem všech událostí v historii vesmíru, které by mohlo nést stopy z éry velkého třesku. Nález každého z těchto signálů by znamenal revoluci v ještě větším měřítku, než byla samotná první detekce.
Další detektory na obzoru
Současná generace detektorů (LIGO, Virgo, KAGRA) je citlivá na vlny s frekvencemi kolem 100 Hz — tedy na srážky zhruba hvězdných hmotností. Příští generace půjde dál: vesmírná družice LISA, jejíž start je plánován na polovinu 30. let, otevře pásmo nízkých frekvencí a odhalí srážky supermasivních černých děr v centrech galaxií. Pozemní nástupci Einstein Telescope a Cosmic Explorer zvýší citlivost desetinásobně a umožní sledovat celý vesmír téměř od velkého třesku. A pulsarová časovaná pole — přesné měření časování pulsarů — hledají pomalé vlny od supermasivních černých děr a pravděpodobně je brzy najdou. Každé nové pásmo otevírá vesmír z jiného úhlu — stejně jako dalekohledy před čtyřmi staletími.
Proč je to zajímavé právě pro vás?
Před rokem 2015 člověk pozoroval vesmír výhradně pomocí světla — astronomie tedy měla k dispozici pouze jeden „smysl", ekvivalent lidského zraku. Gravitační vlny přidaly druhý smysl: sluch. Poprvé slyšíme vesmír, nejen ho vidíme. A podobně jako u ucha i zde platí, že zvuk odhaluje věci, které světlo neukáže: srážky v naprosté tmě, pohyb hmoty, která nic neemituje. Každý zaznamenaný signál je nová zpráva z míst, kam světlo nikdy nevstoupilo.
Našli jste chybu nebo nepřesnost? Napište redakci. (redakce@kosmonovinky.cz)