znanost-zgodba 11.2.2020 14:00

Andreja Gomboc: Napovedi, da so gravitacijski valovi novo okno v vesolje, so se potrdile

piše Lea Udovč

Ljubljana, 11. februarja - Na današnji dan leta 2016 so znanstveniki svetu naznanili, da jim je uspelo prvič doslej neposredno dokazati obstoj gravitacijskih valov, ki jih je pred sto leti prvi opisoval že slavni fizik Albert Einstein. Takratne napovedi, da so gravitacijski valovi novo okno v vesolje, so se do danes po besedah astrofizičarke Andreje Gomboc le še potrdile.

ZDA.
Prikaz observatorija Lisa
Foto: ESA-C.Carreau

ZDA.
Observatorij Ligo v Hanfordu v ZDA.
Foto: Ligo

null

japonska.
Ilustracija podzemnega detektorja gravitacijskih valov Kagra na Japonskem.
Foto: ICRR, Univ. of Tokyo

ZDA.
Zlitje dveh nevtronskih zvezd.
Foto: National Science Foundation/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet.

ZDA.
Gravitacijski valovi, ki jih povzročata črni luknji.
Foto: T. Carnahan, NASA GSFC

null

ZDA.
Črni luknji, podobni tistima, ki ju je leta 2015 prvič zaznal Ligo.
Foto: LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State

Ajdovščina.
Astrofizičarka Andreja Gomboc.
Foto: Anže Malovrh/STA
Arhiv STA

Februarja 2016 je skupina znanstvenikov mednarodni javnosti sporočila, da jim je 14. septembra 2015 uspelo prvič doslej neposredno dokazati obstoj gravitacijskih valov. Potrditev njihovega obstoja je bil izjemen dosežek, ki je trem znanstvenikom leta 2017 prinesel tudi Nobelovo nagrado za fiziko.

Iz prvega zaznanega signala, ki ga je zaznal ameriški laserski interferometer gravitacijskih valov Ligo, so znanstveniki ugotovili, da je nastal ob trku in zlitju dveh črnih lukenj z maso približno 30 mas Sonca, 1,3 milijarde svetlobnih let daleč od nas.

Slovenska astrofizičarka, raziskovalka in profesorica na Univerzi v Novi gorici Andreja Gomboc meni, da je bil to dosežek desetletja, za astronomijo in astrofiziko pa celo dosežek zadnjih nekaj desetletij. "Navdušena sem nad tem področjem, ker se res dogaja prav to, kar so napovedovali ob prvem odkritju, da nam bodo gravitacijski valovi odprli novo okno v vesolje", je povedala astrofizičarka.

Gravitacijske valove zaznali že približno 50-krat

Od septembra 2015 do danes so gravitacijske valove zaznali že 51-krat, od tega so bili gravitacijski valovi v 41 primerih posledica zlitja črnih lukenj, v petih primerih zlitja dveh nevtronskih zvezd in v petih zlitja črne luknje in nevtronske zvezde. Nazadnje so jih zaznali 8. februarja letos, ko je prišlo do zlitja dveh črnih lukenj.

Večino teh dogodkov so zaznali v tretjem, enoletnem in s tem najdaljšem obdobju zajemanja podatkov s pomočjo ameriškega laserskega interferometra gravitacijskih valov Ligo in interferometra Virgo v Italiji, ki bo trajalo do aprila 2020. Detektorje bodo nato ustavili, jih nadgradili in izboljšali občutljivost, nato pa jih ponovno zagnali in začeli s četrtim obdobjem zajemanja podatkov.

Vsak nov zaznani dogodek je zanimiv

Po besedah slovenske astrofizičarke je vsak nov zaznani dogodek zanimiv, saj ponudi nove informacije o močnem gravitacijskem polju v neposredni bližini tako gostih objektov, kot so nevtronske zvezde in črne luknje, hkrati pa odpira tudi številna nova vprašanja, denimo o nastanku in razvoju dvojnih sistemov zvezd. Naslednji velik korak bo, ko bodo gravitacijske valove ponovno zaznali tudi v svetlobi, kar jim je doslej uspelo le enkrat, in sicer 17. avgusta 2017, ko so zaznali zlitje dveh nevtronskih zvezd.

Dve sekundi po tem, ko je Ligo zaznal gravitacijske valove, sta Nasin vesoljski observatorij za sevanje gama Fermi in podoben vesoljski teleskop Evropske vesoljske agencije (Integral) zaznala kratek izbruh sevanja gama iz istega območja v vesolju.

Ta dogodek je bil po besedah astrofizičarke tako bogat, da je bilo o njem že v prvih mesecih po zaznavi objavljenih 70 znanstvenih člankov, kasneje pa še mnogo več. Znanstveniki se zato nadejajo, da bo v prihodnje takšnih dogodkov, kjer bodo zaznali tudi svetlobo, še mnogo več.

S tem namenom so se evropski astronomi povezali v kolaboracijo ENGRAVE, v kateri sodeluje tudi Univerza v Novi Gorici in ki za opazovanje takih dogodkov uporablja teleskope Evropskega južnega observatorija (ESO).

Dogodek prinesel nova dognanja

Zlitje nevtronskih zvezd, pri katerem so zaznali svetlobo, je med drugim dokazalo 30 let staro teorijo, da kratke izbruhe sevanja gama, ki trajajo manj kot dve sekundi, povzročajo zlitja nevtronskih zvezd, je pojasnila Gomboc.

Ker je bil dogodek blizu, so raziskovalci lahko opazovali tudi optični zasij ter videli pojav posebne vrste sevanja - kilonove, ki je pokazala prisotnost zlata, platine in drugih težkih elementov ter potrdila, da težki kemijski elementi ne nastanejo ob eksplozijah supernov, kar so mislili prej, temveč nastajajo predvsem ob zlitjih nevtronskih zvezd.

Takšen dogodek po besedah astrofizičarke omogoča tudi merjenje hitrosti širjenja vesolja oziroma Hubblovega parametra, pri čemer lahko oddaljenost dogodka, če vedo, v kateri galaksiji se je zgodil, izmerijo na dva popolnoma neodvisna načina: s pomočjo opazovanj svetlobe na eni ter s pomočjo gravitacijskih valov na drugi strani.

Z raziskavami gravitacijskih valov do kvantne teorije gravitacije

Gravitacijsko valovanje je nihanje ukrivljenosti prostor-časa, ki se kot valovanje širi stran od izvora in prenaša energijo. Prvi je na osnovi svoje splošne teorije relativnosti leta 1916 njihov obstoj napovedal Albert Einstein.

Čeprav je zaznava gravitacijskih valov njegovo splošno teorijo relativnosti potrdila, si nekateri raziskovalci obetajo, da bo v prihodnjih dogodkih mogoče zaznati tudi odstopanja od te teorije. "To bi nam povedalo, katera smer je prava pri raziskovanju in iskanju kvantne teorije gravitacije, kako združiti Einsteinovo teorijo relativnosti s kvantno mehaniko," je še povedala Andreja Gomboc.

Na temo gravitacijskih valov smo objavili tudi pogovor z Nobelovim nagrajencem Rainerjem Weissom, članek se nahaja na tem mestu.