Fale grawitacyjne to inaczej mówiąc zmarszczki czasoprzestrzeni (ślad kosmicznej katastrofy). Ich istnienie przewidział 100 lat temu za pomocą skomplikowanych obliczeń sam Einstein. Zgodnie z definicją, którą znajdziemy na Wikipedii, fale te przemieszczają się z prędkością światła, a w mechanice nierelatywistycznej objawiają się jako rozchodzące się drgania pola grawitacyjnego. Źródłem takiej fali jest ciało, które porusza się z bardzo dużym przyspieszeniem i ma ogromną masę. I wreszcie, po wielu, wielu latach poszukiwać fizycy mogą potwierdzić odkrycie Einsteina. Fale udało się zaobserwować.

 

Zapewne niektórzy z Was płynęli przynajmniej raz statkiem. Fale grawitacyjne są właśnie tym dla czasoprzestrzeni, czym dla wody w jeziorze fale powstałe po przepłynięciu łodzi lub statku. Jednocześnie bowiem ściskają i rozciągają przestrzeń łącznie ze wszystkim, co się w niej znajduje.

 

14 wrześnie 2015 roku dwa bardzo czułe i dokładne (do tysięcznych średnicy protonu) detektory amerykańskiego obserwatorium LIGO, które są od siebie oddalone o 3 tys. km! (jeden znajduje się w Luizjanie, kolejny w Waszyngtonie) coś ważnego zarejestrowały. Te monumentalne interferometry laserowe, których tunele mają kształt litery L, a każde z ich ramion ma po 4 km długości, wykryły sygnał fal grawitacyjnych, które powstały w wyniku zderzenia (złączenia) dwóch czarnych dziur! Eksperci twierdzą, że to zaobserwowanie fal przyniesie nie tylko Nagrodę Nobla, dla badaczy, którzy się tym zajmowali, ale też otworzy całkiem nowy rozdział w dziedzinach takich jak: fizyka i astronomia. To wszak pierwsza w historii bezpośrednia, doświadczalna rejestracja sygnału grawitacyjnego na Ziemi.

 

Swoją cegiełkę włożyli także naukowcy z Polski z profesorem Andrzejem Królakiem (Instytut Matematyczny PAN i Narodowe Centrum Badań Jądrowych) na czele. To on dowodził grupą z naszego kraju, którzy brali udział w projekcie, mającym na celu zaobserwowanie fal. Analizowali i przetwarzali dane. Ich wytężona praca sprawiła, że udało się z kosmicznego szumu „uchwycić” („wyczyścić”) charakterystykę fali grawitacyjnej.

 

Co ciekawe, sam moment zderzenia czarnych dziur był bardzo krótki, trwał ułamek sekundy (dokładnie 0,12), a nastąpił ponad… 1 mld lat temu! Mimo to efekt był niesamowicie potężny. Prędkości osiągnięte przez te czarne dziury zaraz przed zderzeniem to połowa prędkości światła, czyli 150 tys. km/s. Tak stworzona fala grawitacyjna poruszająca się z szybkością światła przez kosmos, dopiero rok temu dotarła na Ziemię i przez nią „przeszła”!

 

Podsumujmy wszystko

 

Wspominałem, co może być źródłem fal grawitacyjnych. A więc ciało o potężnej masie i przyspieszeniu, czyli wszelkie układy podwójne gwiazd, w skład których wchodzą czarne dziury i gwiazdy neutronowe. Innym źródłem może też być dynamiczna ekspansja wszechświata.

 

Wcześniej tylko pośrednio udawało się je obserwować (jako zmianę prędkości obiektów wskutek emisji fal). Kiedy taka fala przejdzie przez Ziemię, skutkiem są chwilowe odkształcenia rozmiaru wszystkich (dosłownie!) obiektów fizycznych. Mimo że są bardzo małe (10^-19 m dla obiektu o wielkości 400 km!), to jednak możliwe to wykrycia.

 

A teraz 100 lat po ogłoszeniu teorii względności wiemy na sto procent, że fale grawitacyjne to nie żaden wymysł. Wyobraźcie sobie. Zbliżają się do siebie dwie czarne dziury. Po chwili łączą się, a część ich masy (3 masy z 62 mas Słońca!) zamienia się w przeogromną ilość energii (większej od wszystkiego, co emituje nasz wszechświat!). I w ten oto sposób rodzi się fala grawitacyjna, które dopiero po miliardzie lat przybywa na naszą planetę. Niesamowite!

 

Od teraz zapewne powoli będziemy poznawać coraz to nowsze tajemnice kosmosu. Kto wie, jakie niespodzianki w sobie jeszcze kryje… Może dokładnie zbadamy ciemną materię, a w przyszłości znana ze „Star Treka” sztuczna grawitacja na gwiezdnym statku Enterprise nie będzie tylko fantastycznym wymysłem scenarzystów.

 

Karol Wójcicki z Centrum Nauki Kopernik swoimi słowami, jak zawsze pełen pasji, opowie Wam najlepiej, czym są fale grawitacyjne:

 

źródło: YouTube.com (Standardowa licencja)

 

 

Efekt przejścia fali grawitacyjnej przez Ziemię:

 

źródło: YouTube.com (Standardowa licencja)