Fale grawitacyjne - przyszły Nobel?

Miało być w wielkiej tajemnicy do godz. 16.30 w czwartek, 11 lutego 2016. Ale Internet był szybszy. Widocznie  ktoś z 1300 naukowców znających tę tajemnicę  nie wytrzymał tej presji i … podzielił się epokowym odkryciem w sieci: fale grawitacyjne istnieją!

Bezpośrednia obserwacja fal grawitacyjnych, jakiej dokonano w ub. roku w USA (14.09.15), to potwierdzenie ogólnej teorii względności Einsteina, pokazującej związek grawitacji z krzywizną czasoprzestrzeni. Fale są bowiem jedynym w swoim rodzaju „próbnikiem” stanu grawitacji w ekstremalnych warunkach, takich jak zapadający się układ podwójny czarnych dziur. Ich detekcja i badanie jest niezbędne do zrozumienia grawitacji, najbardziej naturalnego z czterech podstawowych oddziaływań (grawitacyjne, elektromagnetyczne, silne i słabe), a jednak wciąż najbardziej tajemniczego.

 

Zarejestrowane w eksperymencie fale grawitacyjne powstały w ułamku sekundy połączenia się dwóch czarnych dziur o masach 30-krotnie większych niż masa Słońca. Przez kilka miliardów lat orbitowały one wokół siebie w układzie podwójnym, stopniowo zbliżając się do siebie, aż w końcu się „zlały”, tworząc jedną potężną czarną dziurę, która jeszcze jakiś czas pulsowała, wypromieniowując niezwykłą ilość energii. Było to najbardziej energetyczne zjawisko znane ludzkości, 100 razy jaśniejsze niż jasność Wszechświata.

Wykrycie fal grawitacyjnych otwiera nowe możliwości badania Wszechświata. Przez stulecia ludzkość  poznawała go przez obserwację światła wypromieniowanego prze obiekty na niebie. Fale grawitacyjne są całkowicie odrębnym i nowym rodzajem przekazywania niedostępnej w żaden inny sposób astronomicznej informacji. O ile fale elektromagnetyczne powstają podczas ruchu ładunków elektrycznych, o tyle grawitacyjne są efektem ruchu mas – a to dwie niezależne cechy materii. Teraz za ich pomocą będzie można badać również fragmenty kosmosu zasłonięte przez kosmiczny pył.

Detekcja fal grawitacyjnych umożliwi także rozwój wyrafinowanej technologii w różnych dziedzinach inżynierii – od mechaniki do optyki.

Jak powiedział na konferencji w PAN w Warszawie prof. Janusz Ziółkowski z CAMK, jest to chwila historyczna nie tylko z powodu potwierdzenia jednej z fundamentalnej teorii, ale i otwarcie nowego okna badań kosmosu. Otóż narodziła się astronomia fal grawitacyjnych.

 

Zderzenie dwóch czarnych dziur zaobserwowano pierwszy raz. Rozchodzące się w jego wyniku fale grawitacyjne dotarły do Ziemi z prędkością światła, a ich rejestracja była możliwa dzięki detektorom Laserowego Obserwatorium Interferometrycznego Fal Grawitacyjnych – LIGO, znajdującym się w Livingston w stanie Luizjana i Hanford w stanie Waszyngton w USA. Nad odkryciem pracował ponad 1300-osobowy zespół naukowców LIGO Scientific Collaboration oraz Virgo collaboration, którego częścią jest polska grupa naukowa POLGRAW.
 

Piętnastu polskich naukowców z tej grupy wniosło istotny wkład w doprowadzeniu do pierwszej, bezpośredniej obserwacji fali grawitacyjnej z układu podwójnego czarnych dziur.
Stworzyli oni podstawy wielu algorytmów i metod służących do wykrycia i estymacji fal grawitacyjnych z układów podwójnych (prof. prof. Andrzej Królak – Instytut Matematyczny PAN,  Piotr Jaranowski – Uniwersytet w Białymstoku),
przyczynili się do precyzyjnego modelowania sygnału fali grawitacyjnej z układu podwójnego (prof. prof. Piotr Jaranowski, Andrzej Królak),
przeprowadzili symulacje pokazujące, że układy podwójne czarnych dziur są najlepiej wykrywalnymi przez detektory LIGO-Virgo źródłami promieniowania grawitacyjnego (prof. prof. Krzysztof Belczyński, Tomasz Bulik - Obserwatorium Astronomiczne UW),
badali astrofizyczne własności układów podwójnych (dr Michał Bejger – CAMK PAN, dr Izabela Kowalska-Leszczyńska - Obserwatorium Astronomiczne UW, dr Dorota Rosińska - Uniwersytet Zielonogórski) oraz
poszukiwali mogących towarzyszyć zdarzeniu błysków optycznych (dr Adam Zadrożny - NCBJ).

Poza nimi przy eksperymencie pracowali: dr Arkadiusz Błaut – Uniwersytet Wrocławski, dr Kazimierz Borkowski - UMK,  dr Paweł Ciecieląg - CAMK PAN, dr Orest Dorosh - NCBJ, mgr inż. Adam Kutynia - Politechnika Wrocławska, dr Maciej Piętka – Uniwersytet w Białymstoku, mgr Magdalena Sieniawska - CAMK PAN.
Dziewięciu naukowców z polskiej grupy znalazło się wśród autorów publikacji ogłaszającej odkrycie fal grawitacyjnych, która ukaże się w Physical Review Letters.