Simulare a fuzionării unor găuri negre, fenomen însoţit de emiterea de unde gravitaţionale

Vânătoarea undelor gravitaţionale prevăzute de teoria relativităţii generale a lui Einstein a reînceput în cadrul proiectului LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Aceasta ar putea măsura unde gravitaţionale care provin din colapsarea stelelor de neutroni dintr-un sistem binar sau a misterioasele găuri, instaurând o nouă epocă în astronomie: astronomia pe baza undelor gravitaţionale.



Anul acesta se împlinesc 100 de ani de la publicarea articolului în care se prezentă teoria relativităţii generale a lui Einstein – teorie care are de-a face cu gravitaţia şi cu efectele acesteia asupra spaţiului.



Spaţiul (de fapt spaţiul-timp, o realitate cu patru dimensiuni) se deformează în prezenţa corpurilor masive; această deformare este asemănătoare cu cea a unui ţesut elastic atunci când poziţionam pe acesta un corp: cu cât corpul este mai greu şi mai dens, cu atâta ţesutul se deformează mai mut. Dacă în plus corpul se mişca în mod accelerat – o mişcare violentă – atunci se generează unde în acest ţesut, unde care se propagă. Este ceea ce se întâmplă atunci când de exemplu explodează o stea masivă, dând naştere unei supernove – aceasta generează unde în ţesutul spaţio-temporal, care se propagă în Univers cu viteza luminii. Sunt aşa-numitele unde gravitaţionale.

Până în prezent însă nimeni nu a reuşit să le găsească – detectarea lor fiind ultimul element care ar confirma pe deplin teoria lui Einstein. Nu e de mirare deci că mulţi oameni de ştiinţă vânează aceste unde gravitaţionale de mulţi ani, folosind tehnici din ce în ce mai sofisticate.

Care este problema, cum de până acum nimeni nu a reuşit să detecteze aceste unde? Undele gravitaţionale care sunt generate de supernove sau de stelele de neutroni binare; atunci când cad una spre alta se generează vibraţii ale aşa-numitelor antene gravitaţionale de pe Terra extrem de mici: mult mai mici decât diametrul unui... atom, şi chiar şi cel al unui proton. Este clar că trebuie dezvoltate tehnologii speciale pentru a surprinde aceste vibraţii infime.

La ora actuală cea mai mare speranţă este pusă în proiectele de cercetare LIGO (în SUA) şi VIRGO (În Italia). Acestea folosesc interferometria a două fascicule laser care se propagă în două braţe cu lungimea de 4 km (LIGO) şi 3 km (VIRGO), braţe perpendiculare între ele. În momentul în care ar sosi o undă gravitaţională s-ar măsura o deplasare a figurii de interferenţă. LIGO a început de curând să colecteze date  după o perioadă de 5 ani în care a fost modernizat; în 2016 va intra în funcţiune şi VIRGO.

 


Parte din infrastructura proiectului LIGO



Ce vor măsura? Se speră că se va reuşi captarea de semnale care pot proveni de la obiecte care generează unde gravitaţionale situate până la distanţe de 230 milioane de ani-lumină. Ar putea fi astfel măsurate câteva unde gravitaţionale pe an.

Dacă într-adevăr vom reuşi să măsurăm aceste unde gravitaţionale, acest rezultat va reprezenta o confirmare a teoriei lui Einstein. Va fi însă şi începutul aşa-numitei astronomii de unde gravitaţionale – care ne va ajuta să înţelegem mai bine Universul nostru, istoria şi evoluţia acestuia.

Pentru viitor cercetătorii au planuri măreţe pentru realizarea de antene gravitaţionale şi mai puternice decât LIGO sau VIRGO – care să fie capabile să măsoare semnale mai slabe, care provin ori de la distanţe şi mai mari ori de la surse de unde gravitaţionale mai slabe.

Printre aceste proiecte se număra Telescopul Einstein – o antenă cu braţe mai lungi decât LIGO, situată în subteran sau eLISA, o antenă gravitaţională situată în spaţiu.

Ce anume putem studia cu ajutorul acestor antene? Am putea studia, pe lângă supernove şi stelele de neutroni binare, găurile negre – acestea reprezintă un adevărat mister pentru fizică modernă, întrucât nu ştim ce ascund în interior. O nouă formă de materie? Un alt Univers? Studiul undelor gravitaţionale ne-ar putea ajuta să facem un pas înainte spre descifrarea acestui mister.

Nu ne rămâne decât să aşteptăm rezultatele de la LIGO şi VIRGO în viitorul apropiat.