znanost-zgodba 11.2.2020 14:00

Nobelovec Weiss: Cilj je postavitev novega observatorija prihodnosti, ki nas bo pripeljal do roba vesolja

piše Lea Udovč

Ljubljana/Lindau, 11. februarja - Gravitacijski valovi so izjemno šibki, zaradi česar jih je neverjetno težko zaznati. Za to znanstveniki potrebujejo velike, zmogljive observatorije, ki so z vedno novimi nadgradnjami zmožni zaznati vse bolj oddaljene signale. Njihov cilj pa je s pomočjo novih observatorijev prihodnosti in gravitacijskih valov priti do samega roba vesolja.

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

Znanstveniki so leta 2015, po štirih desetletjih prizadevanj, končno uspeli neposredno zaznati gravitacijske valove s pomočjo ameriškega laserskega interferometra gravitacijskih valov Ligo in s tem potrditi njihov obstoj, ki ga je pred 100 leti napovedal že Einstein. Leta 2017 so za potrditev te teorije pionirji Liga Barry Barish, Kip Thorne in Rainer Weiss dobili tudi Nobelovo nagrado za fiziko.

Kot je v intervjuju za STA ob robu srečanja Nobelovih nagrajencev s področja fizike, ki je lani potekalo na nemškem otoku Lindau, povedal Nobelovec Rainer Weiss, je to, da je dobil Nobelovo nagrado, nekoliko nenavadno. Sam namreč meni, da je "morda zaslužen za le del ideje za ta dosežek", vendar je "bolj kot sama ideja pomembno njeno udejanjanje, pri katerem je bilo vključenih 20 do 30 ljudi".

"Če so bile v začetku podeljevanja nagrad raziskovalne skupine majhne, zaradi česar je bila nagrada smiselna, imamo danes velike eksperimente, na katerih sodeluje veliko odličnih raziskovalcev. To je težava pri Nobelovih nagradah - kako prepoznati tiste, ki so najbolj zaslužni," je dejal Weiss. Kljub temu meni, da je nagrada pomembna za družbo in znanost na sploh, saj znanstveniki, ki jo dobijo, lahko postanejo glasniki znanosti.

Zgodovinska potrditev obstoja gravitacijskih valov

Znanstveniki so novico o prvi neposredni zaznavi gravitacijskih valov, ki so nastali ob zlitju črnih lukenj, svetu razkrili na današnji dan pred štirimi leti. 11. februarja 2016 so naznanili, da se zaznani signal ujema s tistim, ki ga splošna teorija relativnosti napoveduje za zlitje dveh črnih lukenj v eno samo, masivnejšo črno luknjo. Šlo je za edinstven dogodek, s katerim se je začela nova doba opazovanja vesolja.

Da bi jim uspelo zaznati gravitacijske valove, so raziskovalci po besedah Weissa morali razdaljo štirih kilometrov (kolikor merijo kraki observatorija Ligo) izmeriti na manj kot tisočinko velikosti atomskega jedra natančno. Kar 40 let je trajalo, da je bila tehnologija za to končno nared, je dejal Weiss.

Kljub nepredstavljivo visokim oddanim energijam so namreč gravitacijski valovi izjemno šibki, vsak najmanjši dejavnik pa lahko zmoti njihovo zaznavanje. Merjenje zato zahteva izredno natančnost, ki je primerljiva s tem, da bi razdaljo do Soncu najbližje zvezde izmerili na debelino lasu natančno.

Število zaznanih dogodkov se povečuje

Od prve zaznave gravitacijskih valov leta 2015 do danes so zaznali že 51 takšnih dogodkov. "Če so znanstveniki v samem začetku zaznali le en dogodek mesečno, jih sedaj zaznavajo skoraj tedensko, cilj pa je, da bi se to število še bistveno povečalo," je povedal Weiss.

Znanstveniki si zato neprestano prizadevajo za izboljšanje detektorjev, "a postaja vse težje, odpravili so vse napake, zdi se, da se približujemo fundamentalnim težavam," je dejal Weiss.

Novi observatoriji v Indiji in na Japonskem

Doslej najbolj zmogljivima observatorijema Ligo in Virgo, ki z nadgradnjami postajata vse bolj občutljiva in sposobna zaznavati tudi šibkejše in bolj oddaljene signale, bodo kmalu sledili tudi novi observatoriji, kot sta Kagra na Japonskem in Ligo v Indiji.

S tem, ko bodo observatoriji sočasno opazovali nebo, bodo po besedah Weissa uspeli veliko bolje določiti položaj vira gravitacijskih valov na nebu. V to smer bodo nato lahko usmerili tudi druge teleskope in poiskali vir tudi v elektromagnetnem valovanju (v vidni in drugih vrstah svetlobe) ter s tem izboljšali razumevanje vesolja.

To je doslej raziskovalcem uspelo le enkrat, avgusta 2017, ko so tudi v vidni svetlobi zaznali zlitje dveh nevtronskih zvezd. Dogodek je med drugim razkril, da je hitrost gravitacijskih valov enaka hitrosti svetlobe, razjasnil je, od kod prihajajo težki elementi v vesolju, ter ponudil orodje za napredek na področju kozmologije, je dejal Weiss.

Z observatoriji tretje generacije do roba vesolja

A izboljšanje obstoječih observatorijev ni njihov zadnji cilj, je poudaril Weiss, "največji korak bo postavitev novega detektorja prihodnosti, ki bo kar 10-krat boljši od Liga. Cilj je, da dosežemo faktor 10, ki nas bo pripeljal do roba vesolja, tako bomo videli vse pare črnih lukenj in nevtronskih zvezd, ki so v vesolju, ter dobili vpogled v njihov nastanek".

To želijo po besedah Weissa narediti s postavitvijo observatorija gravitacijskih valov nove generacije, imenovanega Kozmični raziskovalec (ang. Cosmic Explorer), ki bo deloval na podoben način kot Ligo, le da bo 10-krat večji - njegove cevi v obliki črke L bodo namreč dolge kar 40 kilometrov. "To bo najboljše, kar bomo naredili na tleh," je pojasnil Weiss.

Spektakularna občutljivost tega observatorija bo namreč vire gravitacijskih valov, ki so z Ligom, Virgom in Kagro komaj zaznavni, zaznavala z veliko natančnostjo. Kozmični raziskovalec naj bi skupaj s še dvema observatorijema nove, tretje generacije - podzemnim evropskim observatorijem Einsteinov teleskop (ang. Einstein Telescope) ter Esinim vesoljskim observatorijem Lisa -, bistveno poglobil in razjasnil človeški pogled v vesolje.

Na ta način bi prihodnji observatoriji gravitacijskih valov na Zemlji in v vesolju lahko pomagali razrešiti nekatere največje uganke v astronomiji in astrofiziki ter znanosti na sploh.

Na temo gravitacijskih valov smo objavili tudi pogovor s slovensko astrofizičarko Andrejo Gomboc, članek se nahaja na tem mestu.