Spatiu-timp si relativitateDetectarea directă a undelor gravitaţionale va verifica una din cele mai uimitoare predicţii ale relativităţii generale şi va deschide o nouă imagine astronomică asupra cosmosului. Există veşti bune, dar şi veşti proaste despre aceste unde.

 

 

 

Relativitatea generală. Pulsarii binari (9)

Vestea bună este că ele interacţionează atât de slab cu materia, încât pot călători pe distanţe mari fără a fi împrăştiate, eventual aducându-ne informaţii din cele mai îndepărtate şi cele mai violente locuri din Univers. Vestea proastă este că e extrem de dificil să le facem să interacţioneze cu un detector. Ca şi undele electromagnetice (lumina), undele gravitaţionale se deplasează cu viteza luminii şi sunt unde „transversale”: ele produc accelerarea maselor de verificare, perpendicular pe direcţia de propagare, întocmai cum face o undă electromagnetică asupra sarcinilor de verificare. O undă gravitaţională, străbătând ecranul calculatorului tău, acţionează asupra unui inel de particule libere aşa cum este prezentat în imaginea de mai jos.

Efect unda gravitationala
Efectul unei unde gravitaţionale asupra unui inel de particule

În principiu aceasta este uşor de detectat; particulele se comportă ca şi cum acestea ar fi supuse la un efort similar forţei mareice newtoniene. Cu toate acestea, mişcările implicate sunt atât de mici, (inelul este „comprimat” cu cel mult 10-20), încât detectarea lor este o imensă provocare. Primele detectoare au fost cilindri metalici de dimensiuni mari, destinaţi să răspundă cu o mare putere de rezonanţă, ca un clopot. Un astfel de detector, un cilindru de aluminiu de 3100 livre (notă: aprox. 1404 kg) construit de Joseph Weber în 1963, a condus la o pretinsă detectare a undelor gravitaţionale, în 1969, dar experimentul nu a putut fi niciodată repetat şi este în general considerat ca fiind fals. Patru versiuni moderne ale rezonatorului sau „detectorului Weber” sunt în funcţiune din 2006 (ALLEGRO în S.U.A, AURIGA şi NAUTILUS în Italia şi EXPLORER de la CERN).

rezonator Weber
Rezonatorul lui Weber  (~1965)


Cele mai sensibile detectoare folosesc interferometria pentru a face măsurători precise de distanţe. Observatorul cu Interferometre Laser pentru Unde Gravitaţionale (LIGO) constă din două perechi de interferometre în formă de L, cu lungimea de 4 km, în care fascicule de raze laser măsoară diferenţa dintre lungimile celor două „picioare” induse de o undă gravitaţională. Deplasările aşteptate ale oglinzilor sunt mai mici decât dimensiunea unui nucleu atomic şi pot fi măsurate numai prin eliminarea atentă a efectelor perturbaţiilor seismice, termice şi electronice. LIGO şi-a început activitatea în august 2002. Nu au fost încă detectate unde gravitaţionale, dar experimentul este util pentru stabilirea de limite superioare ale frecvenţei posibilelor surse de astfel de unde, cum ar fi supernovele care explodează şi coliziunile sau fuziunile de obiecte compacte cum sunt stelele neutronice şi găurile negre. Lui LIGO i s-a alăturat un alt detector interferometric, GEO 600, în noiembrie 2005 şi un al treilea, VIRGO, în mai 2007. Alte experimente sunt în diferite stadii de realizare în întreaga lume, inclusiv o versiune îmbunătăţită a LIGO (LIGO Avansat), cu o sensibilitate de cel puţin zece ori mai mare faţă de cea iniţială. Toate aceste detectoare terestre sunt sensibile în primul rând la undele gravitaţionale de înaltă-frecvenţă produse de fenomene tranzitorii (explozii, coliziuni, stele binare în cădere una spre cealaltă, în spirală). Un interferometru complementar, Antena Spaţială cu Interferometru cu Laser (LISA), este în prezent în stadiul de planificare a etapelor; acesta va căuta unde de frecvenţă mică, provenind de la surse cvasi-periodice, cum sunt găurile negre supermasive binare în ultimele luni ale fuziunii şi stelele binare compacte, cu mult înainte de fuziune. LISA este un sistem triunghiular de trei sateliţi pe orbita solară, alcătuind un interferometru cu braţele de milioane de kilometri lungime. El se va baza în mod decisiv pe o parte din tehnologia (cum ar fi controlul fără perturbarea mediului experimental) care a fost verificată de Sonda Gravitaţională B.

 


La minutul 4:53 fizicianul Kip Thorne descrie misiunea LISA de detectare a undelor gravitaţionale

Multele faţete ale spinului (11)

Traducere după Testing Einstein's, cu acordul autorului.
Traducerea: Mircea Ştefan Moldovan