Otkriće gravitacijskih valova, koje su u četvrtak objavili znanstvenici okupljeni u projektu LIGO, predstavlja novu potvrdu “standardnog modela” svemira, ali i prekretnicu u astrofizičkim istraživanjima koja bi mogla omogućiti dublje razumijevanje procesa stvaranja zvijezda, evolucije galaksija i širenja svemira od Velikog praska prije 13,8 milijardi godina.

“Detektirali smo gravitacijske valove. Uspjeli smo”, rekao je izvršni direktor LIGO-a David Reitze na konferenciji za tisak u Washingtonu, dodajući da se “ovo otkriće može usporediti sa slanjem ljudi na Mjesec”.
“Napravili smo to, spustili smo se na Mjesec”, dodao je Reitze, prenosi Scientific American.
Riječ je o prvom nedvojbenom izravnom opažanju gravitacijskih valova, čije je postojanje na temelju svoje opće teorije relativnosti prije točno stotinu godina predvidio Albert Einstein.
Otkriće je rezultat rada gotovo tisuću znanstvenika iz čitavog svijeta okupljenih u LIGO-u (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), milijardu dolara vrijednom eksperimentu pokrenutom 1992. godine koji uključuje dva golema detektora gravitacijskih valova smještena u američkim saveznim državama Louisiani i Washingtonu, međusobno udaljena 3000 kilometara.

Detektiran sudar dviju gigantskih crnih rupa

Znanstvenici su pomoću tih sofisticiranih uređaja detektirali sudar dviju gigantskih crnih rupa udaljenih 1,3 milijardu svjetlosnih godina – nalazile su se negdje iza Velikog Magellanovog oblaka na nebu južne hemisfere.
U strahovitom sudaru crnih rupa od kojih je jedna bila mase 35 puta veće od Sunca a druga tek nešto manja, koji je trajao samo 20 milisekundi, nastala je nova crna rupa i stvoreno je gravitacijsko polje koje je iskrivilo prostor-vrijeme valovima koji su se proširili diljem svemira.
“Udar je na jedan kratak trenutak oslobodio više energije od svjetlosti svih vidljivih zvijezda u svemiru. Takvo spajanje dviju crnih rupa … bilo je teorijski predviđeno, ali dosad nikad nije bilo zabilježeno”, rekao je B. S. Sathyaprakash sa Sveučilišta Cardiff.
Taj kataklizmički događaj zabilježen je 14. rujna prošle godine, ali su bili potrebni mjeseci kako bi se isključile moguće pogreške u mjerenju, pažljivo provjerili svi podaci i osiguralo da znanstveni dokaz bude u skladu s teorijskim predviđanjima.
“Riječ je o prekretnici”, rekao je Alberto Vecchio sa Sveučilišta u Birminghamu, jedan od znanstvenika u LIGO-u. “Dosad smo svemir promatrali samo kroz svjetlosne valove. Ali tako možemo vidjeti samo dio onoga što se događa u svemiru.
Gravitacijski valovi nose potpuno drugačiju informaciju o fenomenima u svemiru. Stoga smo sada otvorili novi način slušanja te emisije, tog programa koji nam omogućuje otkrivanje novih fenomena koje dosad nismo vidjeli”, dodao je Vecchio, prenosi Guardian.
“Ovo otkriće je stvarno nevjerojatno i predstavlja tri prekretnice za fiziku: prvu izravnu detekciju gravitacijskih valova, prvu detekciju binarne crne rupe, te dosad najuvjerljiviji dokaz da su crne rupe objekti predviđeni Einsteinovom teorijom”, rekao je Vecchio.
Otkriće gravitacijskih valova posve je u skladu s teorijskim predviđanjima i stoga predstavlja još jednu potvrdu “standardnog modela” svemira, ali bi moglo označiti i početak nove ere astrofizike.
Astronomi su dosad u svojim istraživanjima svemira promatrali vidljivu svjetlost, infracrveno i ultraljubičasto zračenje, radio valove, rendgenske zrake i gama zrake. Sada se nadaju da bi zahvaljujući detektiranju gravitacijskih valova mogli početi odgovarati na brojna pitanja ne samo o životu već i o smrti zvijezda i galaksija.

Otkriće gravitacijskih valova, “jedan od onih prijelomnih trenutaka u znanosti”

Kip Thorne s Kalifornijskog instituta za tehnologiju (Caltech), jedan od pokretača LIGO-a, kazao je da su astronomi na svemir dosad gledali kao na mirno more. Sada se to iz temelja promijenilo, ocijenio je.
“Crne rupe čiji je sudar stvorio gravitacijske valove, izazvale su snažnu oluju u tkivu prostor-vremena, oluju u kojoj se vrijeme ubrzalo pa usporilo, pa opet ubrzalo, oluju u kojoj se oblik prostora izmijenio”, pojasnio je.
Neil Turok, direktor Instituta za teorijsku fiziku Perimeter u Waterloou u Kanadi i bivši istraživački kolega Stephena Hawkinga otkriće je nazvao “pravom stvari, jednim od onih prijelomnih trenutaka u znanosti”.
To otkriće, smatra Turok, zaokružuje znanstveno putovanje započeto prije 200 godina, kada se veliki britanski znanstvenik Michael Faraday prvi zapitao na koji se način djelovanje prenosi kroz prostor; na koji način Sunce pokreće Zemlju. Kad bi se Sunce iznenada pomaknulo za deset metara, bi li Zemlja osjetila razliku?
Zaključio je kako nešto mora prelaziti prostornu udaljenost da bi prenosilo gravitacijsku silu. Faradayevi su zaključci naveli velikog britanskog matematičara Jamesa Clerka Maxwella na promišljanje o gibanju elektromagnetskih valova i zaključak da je svjetlost elektromagnetska pojava.
“Kada je Einstein radio na svojoj teoriji gravitacije, njegova su dva uzora bili Faraday i Maxwell”, kazao je Turok. “Pokušao je zapisati zakone gravitacijskog polja i nije bio niti najmanje iznenađen otkrićem da njegova predviđanja sadrže valove, gravitacijske valove”.
Otkriće projekta LIGO označava novo doba u povijesti astronomije, kazao je.
“Sjetite se samo radio valova; kad su otkriveni, naučili smo komunicirati njima. Mobilna komunikacija se u cijelosti oslanja na radio valove. Što se astronomije tiče, oni su nam vjerojatno više nego išta drugo rekli o strukturi svemira. Sada, kad imamo gravitacijske valove, imat ćemo sasvim novu sliku svemira, sliku pojava koje ne emitiraju svjetlost – tamne materije, crnih rupa”, rekao je.
“Ono što osobno smatram najuzbudljivijim je to što ćemo doslovno biti u stanju vidjeti Veliki prasak. Koristeći se elektromagnetskim valovima možemo vidjeti samo do 400 tisuća godina nakon Velikog praska. Mladi svemir je nevidljiv za svjetlo. Nije nevidljiv za gravitacijske valove. Posve je transparentan”.
“Opažanjem gravitacijskih valova doslovno ćemo moći vidjeti točno što se dogodilo u početnoj singularnosti. Najneobičniji i prekrasan zaključak Einsteinove teorije je da je sve proizašlo iz jednog jedinstvenog događaja: singularnosti Velikog praska. A mi ćemo biti u stanju vidjeti što se dogodilo”, rekao je Turok.

LIGO – američki projekt uz znatnu međunarodnu suradnju

LIGO je fizikalni eksperiment pokrenut 1992., zajednički projekt znanstvenika s MIT-a, Caltecha i brojnih drugih američkih sveučilišta. U istraživanje je uključeno više od 900 znanstvenika iz čitavog svijeta, a financira ga američka Nacionalna fondacija za znanost (NSF), uz znatan doprinos britanskog Vijeća za znanstvenu i tehnološku infrastrukturu, njemačkog Društva Max Planck i Australskog istraživačkog vijeća.
Probni rad LIGO-a trajao je od 2002. i 2010. ali u tom razdoblju nisu detektirani nikakvi gravitacijski valovi. Nakon petogodišnje nadogradnje i usavršavanja detektora vrijedne 200 milijuna dolara, kojom je osjetljivost povećana četiri puta, “napredni LIGO” je ponovno pokrenut u rujnu 2015. Osjetljivost detektora LIGO-a bit će dodatno povećana do najviše vrijednosti predviđene 2021.
Projekt LIGO uključuje dva detektora udaljena 3000 km – jedan se nalazi u Livingstonu u Louisiani, a drugi u Richlandu u Washingtonu – kako bi se zahvaljujući razlici u vremenu dolaska signala pomoću triangulacije odredio izvor valova. Detektori su goleme vakuumske cijevi u obliku slova L s krakovima dugačkim četiri kilometra. U svaki od vakuumskih sustava ugrađeni su laserski interferometri kojima je moguće detektirati gravitacijske valove.