Службено је потврђено – научници су помоћу уређаја галактичких размера открили „најтраженији звук у свемиру” – позадинску гравитациону тутњаву која се шири свемиром и потреса галаксије, звезде и сигнале који њиме путују.
Тимови из САД, Европе, Аустралије и Индије објавили су резултате својих вишегодишњих истраживања на ту тему у неколико научних радова у неколико научних часописа. У истраживању је улествовало стотинак истраживача из 12 земаља. „Последњих 15 година радимо на потрази за нискофреквентним шумом гравитационх таласа који одзвања свемиром и пролази кроз нашу галаксију, изобличујући простор-време на мјерљив начин”, рекао је председник америчког NANOGrav тима, астрофизичар Стивен Тејлор са Универзитета Вандербилт. „Јако смо срећни што можемо објавити да су наш труд и рад уродили плодом и да имамо узбудљиве доказе о овом позадинском шуму гравитационих таласа.”
Шта су то гравитациони таласи? То су поремећаји у гравитационом пољу који наизменично сабијају и растежу простор-време кроз који пролазе и све у њему, а шире се слично као што се валови воде или звука шире водом или ваздухом. Формирају се приликом убрзавања маса, особито големих, примерице у експлозијама супернова, током кружења звезда једних око других на малим удаљеностима у двојним звезданим системима, у сударима црних рупа и слично. Могли су, такође, настати у Великом праску и у космичкој инфлацији, брзом ширењу свемира које је уследило непосредно након Великог праска. Гравитациони таласи путују брзином светлости.
Постојање гравитационих валова предвидео је Алберт Ајншзајн 1916. године на темељу своје опште теорије релативности. Но, требало је цело столеће развоја технологије да коначно 2015. буду потврђени у великим уређајима LIGO и Virgo који су довољно осетљиви да детектују њихове слабашне ефекте. За ово је откриће 2017. додељена Нобелова награда, а оно је омогућило сасвим нову врсту истраживања свемира – астрономију гравитационих таласа. До данас је регистровано стотинак догађаја који су их одаслали.
Одакле они долазе? Иако нова проучавања нису дала дефинитиван одговор, главна претпоставка јесте да су их емитовали бинарни системи супермасивних црних рупа. Научници већ дуже време претпостављају да они постоје у неким галаксијама. Могли су настати на више начина, пре свега стапањем две галаксије које су у својим средиштима имале супермасивне црне рупе. Kада се супермасивне црне рупе нађу у бинарном ситему, окрећу се једна око друге и одашиљу гравитационе валове.
Астрономија гравитационих валова може дати увиде у збивања која не можемо забележити у облику електромагнетских таласа. Поред осталог, она би могла открити шта се збивало непосредно након Великог праска. Тренутно то не можемо знати јер је свемир неких 380.000 година након Великог праска био превише јонизован и веома густ да би се електромагнетски таласи могли ширити. Но, непрозирност свемира за електромагнетске валове није препрека за гравитационе.
У новим истраживањима наведени тимови су независно открили трагове тзв. позадинског шума гравитационих валова. Одакле они долазе? Иако нова проучавања нису дала дефинитиван одговор, главна претпоставка јесте да су их емитовали бинарни системи супермасивних црних рупа. Научници већ дуже време претпостављају да они постоје у неким галаксијама. Могли су настати на више начина, пре свега стапањем две галаксије које су у својим средиштима имале супермасивне црне рупе. Kада се супермасивне црне рупе нађу у бинарном ситему, окрећу се једна око друге и одашиљу гравитационе валове.
Емитујјући гравитационе таласе ти двојни системи губе енергију и црне рупе се све више приближавају једна другој и на крају спајају у једну још већу. Ово стапање може произвести јаке гравитационе валове који се могу посматрати постојећим детекторима на Земљи. Судари црних рупа забележени су много пута у уређајима LIGO и Virgo, чији су кракови, дугачли четири километра, били довољно осетљиви, а таласна дужина мери у хиљадама километара. Но, нису довољно осетљиви за откривање друге врсте гравитационих валова много већих таласних дужина које стварају супермасивне црне рупе кружењем једна око друге, а мере се у светлосним годинама.
Да би регистровао такве таласне дужине, детектор би морао имати кракове који се протежу готово половином галаксије. Стога су научници одлучили да саму галаксију претворе у врсту детектора. Искористили су, наиме, групе пулсара који постоје у Млечном путу. Шта су то пулсари? Пулсари су остаци некадашњих масивних звезда које су се угасиле у спектакуларним суперновама, остављајући за собом само густа језгра састављене од неутрона. Сваки пулсар је мален, отприлике величине града, а ротира стотинама пута у секунди.
Својим јаким магнетским пољима и брзом ротацијом они стварају снажне електромагнетске снопове. Магнетна поља пулсара концентрисана су у половима звезде, а та места се називају магнетним јамама. Ротација пулсара узрокује да магнетна јама мења свој положај у односу на Земљу, што резултира кретањем снопа светлости ка и од Земље. Ови пулсеви збивају се у толико прецизним, кратким интервалима да могу послужити за различита мерења.
Ту у игру улазе гравитациони таласи. Наиме, растезање и стискање простор-времена кроз које пролазе пулсеви пулсара теоретски би требало стварати мале неправилности у временским интервалима у којима они долазе до нас на Земљи. Ако гравитациони талас мало скрати или продужи простор-време кроз који пролази сигнал пулсара, на Земљи ће се забележити мали поремећај у његовом доласку. Но, поремећај забележен у сигналу једног пулсара није довољан да се недвосмислено утврди да је он последица утицаја гравитационих валова. Зато је потребно да исти ефекат показује већа група пулсара.
Научници су пронашли неке назнаке записа гравитационог позадинског шума у бљесковима група пулсара, но до недавно није било довољно података да се може рећи да ли је у питању случај или грешка. „Морали смо да хакујемо галаксију”, објаснио је Џеф Хезбон, члан NANOGrav тима који има готово 100 чланова из САД, Kанаде и дванаест других земаља. „То је једна од најузбудљивијих ствари у овом пројекту за мене.” У најновијој анализи, објављеној у серији научних радова у часопису The Astrophysical Journal Letters и другим, научници су проучавали податке са седамдесетак пулсара. „Ако пулс мало касни или мало жури, то се може приписати проласку гравитационог таласа”, додао је Хезбон, објашњавајући да гравитациони вал растеже или компримује простор-време и мења удаљеност коју пулс мора превалити да би стигао до Земље.
Узорак одступања од очекиваних времена доласка снопова пулсара указује да простор-време под ударом гравитационих таласаа подрхтава као огромни желатин. „Јако је тешко утврдити долазе ли валови из једног одређеног смера”, наглашава Хезбон. Уместо да виде један вал што долази, како би га видела особа која стоји на плажи и гледа у море, овај научник тумачи да забележени сигнали више подсећају на искуство пливања у немирном океану. Истраживачи још не знају шта ствара те валове, међутим резултати се подударају с предвиђањима ефекта кружења супермасивних црних рупа.
Но, извор забележених сигнала могао би бити нешто необичнији – од космичких нити које су могле настати на измаку Великог праска, преко тамне материје, до прапотопских црних рупа које су се формирале недуго након Великог праска или космичке инфлације. Објављени резултати се још не могу сматрати коначним открићем позадинског гравитационог шума, али постоје изгледи већи од 99% да је то стваран феномен. NANOGrav-ов сигнал има поузданост од 4 сигме (или 99,349%), а темељи се на 67 пулсара. Златни стандард за откриће које се може сматрати потврђеним јесте 5 сигма. То значи да ће научници морати обавити још доста посла.
(Илустрација NANOGrav/Aurore Simonet)
(Индекс)
