Przełomowe odkrycie - fale grawitacyjne, ostatni brakujący element teorii Einsteina, istnieją. Polacy mają swój udział

Piotr Stanisławski

Odkryto fale grawitacyjne. Ich istnienie po raz pierwszy zasugerował Albert Einstein. (Fot. LIGO/NASA)

Równo 100 lat po ogłoszeniu ogólnej teorii względności udało się potwierdzić doświadczalnie istnienie fal grawitacyjnych. To odkrycie, za które zostanie przyznana nagroda Nobla. Za analizę danych z detektorów i modelowanie zjawiska odpowiadał polski zespół.

Odkrycie fal grawitacyjnych otwiera nowy rozdział w astronomii - będziemy mogli zajrzeć do wnętrza supernowej w chwili jej wybuchu i poznać sam początek Wszechświata.

Fale grawitacyjne to zmarszczki na czasoprzestrzeni, czyli wszystkim, co nas otacza - również na nas samych. I właśnie dlatego niezwykle trudno je wykryć: gdy nadchodzi fala grawitacyjna, zniekształca wszystko a więc również przyrządy, które mają ją mierzyć.

Odkrycie, którego dokonano we wrześniu 2015 roku stało się możliwe dzięki współpracy trzech ogromnych detektorów fal - dwóch amerykańskich LIGO i europejskiego Virgo. Te detektory to interferometry laserowe. Urządzenia mają prostopadłe ramiona długości kilku kilometrów, w których setki razy odbijają promienie lasera. Dwa rozdzielone wcześniej promienie spotkają się w jednym punkcie i jeśli jest normalnie, to oba znoszą się wzajemnie.

Jednak gdy przechodzi fala grawitacyjna, jedno z ramion na moment się wydłuża i fale laserowego światła przestają się wzajemnie wygaszać. Sygnał trafia do detektora i zostaje zarejestrowany.

Rys. NASA

Więcej niż cały Wszechświat

Wykrycie fal grawitacyjnych stało się możliwe dopiero teraz, bo sprzęt do tego potrzebny wymaga nieosiągalnej wcześniej precyzji i złożoności. Pomogła też skala zjawiska - wykryte fale pochodziły z połączenia się dwóch czarnych dziur, z których każda miała masę 30 razy większą od Słońca. Gdy się złączyły, masa odpowiadająca trzem Słońcom zamieniła się w całości w energię fal grawitacyjnych. Przez chwilę ta energia była większa, niż wszystko co emitował cały pozostały Wszechświat razem wzięty. Wszystko to zdarzyło się miliard lat świetlnych od nas, a jedynym śladem zjawiska było właśnie przejście fali grawitacyjnej.

Polacy analizują i modelują

Polski zespół kierowany przez profesora Andrzeja Królaka z Instytutu Matematycznego Polskiej Akademii Nauk odpowiadał za analizę danych oraz modelowanie zjawisk, które wywołują fale grawitacyjne. Detektor stale rejestruje szum pochodzący z najróżniejszych zakłóceń, więc analiza była tu niezwykle ważna - to dzięki niej udało się odsiać sygnał, który jest istotą odkrycia. Inni członkowie zespołu zajmowali się m.in. przewidywaniem, jakie zjawiska zachodzące we Wszechświecie mogą wywołać odpowiednio silne fale grawitacyjne. Poza zlaniem się czarnych dziur mogą to być na przykład wybuchy supernowych, pulsary o nieregularnym kształcie czy połączenie się dwóch gwiazd neutronowych.

Profesor Andrzej Królak, szef polskiego zespołu pracującego przy odkryciu fal grawitacyjnych, fot. Jakub Ostalowski

Odkrycie zdecydowanie zasługuje na nagrodę Nobla - zapewne zostanie ona przyznana w ciągu najbliższych kilku lat, gdy badania zostaną potwierdzone, a sam komitet noblowski podejmie decyzję.

Fale grawitacyjne otwierają zupełnie nowy rozdział astronomii. Większość tego, co wiemy o Wszechświecie pochodzi z obserwacji fal elektromagnetycznych: widzialnego światła, promieniowania gamma, ultrafioletu czy podczerwieni. Fale grawitacyjne to zupełnie inne, występujące równolegle zjawisko. Dzięki temu, że swobodnie przenikają przez materię niosą informacje o tym, co dzieje się wewnątrz supernowej czy gwiazdy neutronowej czyli w miejscach, które dotąd były zupełnie niedostępne do obserwacji. Astrofizycy podkreślają, że obserwacja fal grawitacyjnych pozwoli też przyjrzeć się początkom Wszechświata - Wielki Wybuch wygenerował fale, których ślad dotąd przemierza kosmos.

Rozmowa z prof. Andrzejem Królakiem i dr. hab. Michałem Bejgerem w radiu Tok FM w sobotę 13 lutego po 21 w audycji Homo Science