Sme na najlepšej ceste k objaveniu nového a tajomného druhu gravitačných vĺn, ktoré by nám mohli umožniť nahliadnuť ďaleko do minulosti a prezradiť viac o dianí tesne po Veľkom tresku, o téme informoval web Space.

Objav gravitačných vĺn už priniesol Nobelovu cenu

Hoci existenciu gravitačných vĺn predpovedal už v roku 1905 francúzsky matematik Henri Poincaré a na základe všeobecnej teórie relativity v roku 1916 aj Albert Einstein, k ich objaveniu, a teda aj definitívnemu potvrdenie došlo až v roku 2016 pomocou observatória LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Gravitačné vlny, ktorých objav si v roku 2017 vyslúžil aj Nobelovu cenu, boli vytvorené kolíziou dvoch čiernych dier, ktoré sa zrazili vo vzdialenosti 130 miliónov svetelných rokov od Zeme.

Simulovaný pohľad na neutrónovú hviezdu. Kvôli svojej silnej gravitácii pôsobiacej v okolí hviezdy je jej pozadie skreslené. Zdroj: Wikipedia

Gravitačné vlny sú vlny tvorené počas kolízií dvoch veľmi ťažkých telies (napr. neutrónové hviezdy) a šíria sa podobne ako vlny na vode, ibaže narušujú zakrivenie časopriestoru. Niektoré štúdie dokonca naznačujú, že ak gravitačné vlny na svojej ceste kozmom narazia na supermasívnu čiernu dieru alebo zhluk galaxií, zanechá to stopu na signatúre vlny.

Pozadie gravitačných vĺn

Od roku 2016 sa observatóriu LIGO podarilo zaznamenať desiatky podobných signálov. Všetky zaznamenané gravitačné vlny sú však generované tými najsilnejšími kozmickými kolíziami a výbuchmi. V súčasnosti sa však vedci zameriavajú viac na detegovanie vesmírneho pozadia.

Presnejšie ide o pozadie gravitačných vĺn (gravitational wave background), čo si môžeme predstaviť ako akúsi ozvenu, ktorú za sebou zanechali rôzne kozmické udalosti naprieč celou históriou vesmíru.

Toto pozadie gravitačných vĺn je však nesmierne náročné detegovať. Súčasné observatória na Zemi dokážu zachytiť gravitačné vlny trvajúce rádovo niekoľko sekúnd, tento signál z pozadia gravitačných vĺn môže byť niekoľko rokov dlhý.

Teraz však vedci v štúdii publikovanej na predtlačovom serveri arXiv tvrdia, že vďaka projektu NANOGrav (North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves) sme zrejme dokázali konečne takýto signál zachytiť. Napriek existencie vierohodných dôkazov o zaznamenaní takéhoto signálu sú vedci nanajvýš opatrní pri vyvodzovaní záverov.

„Hľadíme na signifikantné dôkazy pre tento druh signálu“, uviedol hlavný autor štúdie Joseph Simon. „Bohužiaľ však nevieme presne určiť, čo to je“, dodal.

Ako sme signál zaznamenali?

Výskum vo vedeckej obci vyvolal okamžite vlnu rozruchu. Medzinárodné tímy z celého sveta sa snažili dáta analyzovať a tým aj potvrdiť, respektíve vyvrátiť dosiahnuté výsledky. V prípade, že detegovaný signál je skutočné tým, čo si astronómovia myslia, môže nám to otvoriť dvere pri objavení úplné nových astrofyzikálnych javov, píše web ScienceAlert.

Umelecký pohľad na binárnu fúziu čiernych dier produkujúcu gravitačné vlny. Zdroj:

Samotný signál bol zaznamenaný pozorovaním pulzarov, čiže rotujúcich neutrónových hviezd, ktoré sú zdrojom elektromagnetického žiarenia. Intenzita ich žiarenia sa mení s pravidelnou periódou, čo je zdôvodnené rotáciou hviezdy. Samotný pulzar sa totiž točí takou rýchlosťou, že odstredivá sila tvaruje žiarenie do tvaru kužeľa. Samotný pulzar si môžeme predstaviť ako maják na pobreží, ktorý zo svojich pólov emituje žiarenie.

Toto žiarenie je tak pravidelné a presne načasovane, že aj tie najmenšie odchýlky v čase zaznamenania signálu nám môžu veľa napovedať o gravitácií a dianí v medzihviezdnom priestore. V prípade, že gravitačné vlny prechádzajú medzi pulzarom a Zemou, jemné zakrivenie časopriestoru spôsobí veľmi malú časovú odchýlku v inak pravidelnom impulze emitovanom pulzarom.

Ak by sa táto odchýlka objavila iba pri jednom pulzare, nešlo by o nič zvláštne, keďže pravidelnosť môže narušiť aj niekoľko ďalších faktorov.

NANOGrav však pozoruje až 45 tých najstabilnejších milisekundových pulzarov v Mliečnej dráhe a podarilo sa mu niečo zachytiť. Vedci uvádzajú, že nejde celkom o signál, ktorý by definitívne potvrdil pozadie gravitačných vĺn, ale skôr o nevysvetliteľné výkyvy, ktoré sú v súlade s účinkami gravitačných vĺn v časovaní pozorovaných pulzarov. Tie NANOGrav sleduje už viac než 12 rokov, informuje NASA na svojom webe.

Na definitívne potvrdenie si však budeme musieť niekoľko rokov počkať, pretože NANOgrav musí najskôr rozšíriť svoju sieť pozorovaných pulzarov, ktoré slúžia ako „observatórium o veľkosti galaxie“ a merania si tiež vyžadujú niekoľko rokov pozorovaní.