Pentru prima dată, fizicienii au observat undele gravitaționale, adică „valurile” din continuumul spaţiu-timp care rezultă în urma unor evenimente violente din Cosmos.

Undele gravitaționale au fost prezise de Albert Einstein în anul 1916 pe baza teoriei relativității generale. Acesta a arătat că deplasarea unor obiecte masive provoacă „valuri” în spațiu-timp care se propagă cu viteza luminii. Odată cu deplasarea lor, undele gravitaţionale poartă informații cu privire la originea lor cataclismică, precum și indicii valoroase despre însăşi natura gravitației.

Undele gravitaţionale întind și comprimă obiectele în timp ce se propagă, deși la o scară subatomică. Prin urmare, oamenii de ştiinţă au încercat să demonstreze existența undelor gravitaționale analizând modul cum sunt afectate obiectele din apropiere de către undele gravitaţionale.

„Aceste perturbaţii din structura spațiu-timp sunt atât de mici încât numai accelerarea violentă a unor corpuri masive furnizează semnale pe care putem spera să le detectăm”, a declarat Dr. Phil Evans de la University of Leicester, Marea Britanie.

„Cea mai probabilă sursă a unor unde gravitaţionale detectabile ar fi coliziunea dintre două stele incredibil de dense, numite stele neutronice, dintre două găuri negre, sau, eventual, dintre o stea neutronică și o gaură neagră”.

S-au detectat undele gravitationale produse de găurile negre

Coliziunea dintre două găuri negre. Simulare computerizată. Credit: SXS.

Existența undelor gravitaționale a fost demonstrată pentru prima dată în anii 1970 și 1980 de către Joseph Hooton Taylor, Jr. şi colegii săi.

În anul 1974, Taylor și Russell Hulse au descoperit un sistem binar compus dintr-un pulsar aflat pe o orbită în jurul unei stele neutronice. În anul 1982 Taylor și Joel M. Weisberg au constatat că orbita pulsarului se micşora foarte lent în timp din cauza emisiei de energie sub formă de unde gravitaționale.

Hulse și Taylor au primit Premiul Nobel pentru Fizică în anul 1993 pentru descoperea lor și pentru faptul că au arătat că este posibilă detectarea acestor unde gravitaționale speciale.

Cercetătorii din cadrul LIGO Scientific Collaboration au anunţat că undele gravitaţionale au fost detectate, pentru prima dată, cu ajutorul LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), cel mai mare observator pentru undele gravitaţionale din lume şi unul dintre cele mai sofisticate experimente din fizică.

LIGOO imagine de sus a detectorului LIGO din Livingston, Louisiana. Credit: LIGO

LIGO folosește un interferometru pentru a detecta fluctuațiile din spațiu-timp. În acest scop un fascicul laser este divizat pe două direcții perpendiculare care formează un “L”. Fiecare din cele 2 fascicule laser parcurge un tunel vidat având o lungime de 4 km. Cele două fascicule sunt apoi reflectate înapoi prin intermediul unor oglinzi până în punctul în care au fost separate. Undele gravitaţionale modifică distanţa parcursă de fasciculele laser pe cele două direcţii perpendiculare.

Pentru detectarea undelor gravitaționale, distanţele parcurse de fasciculele laser au fost măsurate cu o precizie de ordinul a 1/10.000 din diametrul unui proton, așa cum se arată în clipul video de mai jos.

Oamenii de știință au ajuns la concluzia că LIGO a detectat undele gravitaționale produse în urma fuziunii a două găuri negre masive. În urma acestui eveniment a rezultat o gaură neagră în rotaţie, mult mai masivă.

Evenimentul, denumit GW150914, a fost detectat în data de 14 septembrie 2015, la ora 09:50:45 UTC, de cele două detectoare gemene LIGO, situate în Livingston, Louisiana și în Hanford, Washington.

Pe baza semnalelor observate, cercetătorii au estimat că una din găurile negre implicate în acest eveniment ar fi avut o masă de aproximativ 29 de ori mai mare decât cea a Soarelui, iar cealaltă ar fi fost de 36 de ori mai masivă decât Soarele. În urma coliziunii a rezultat o singură gaură neagră având o masă de aproximativ 62 de ori mai mare decât cea a Soarelui.

Cercetătorii afirmă că evenimentul GW150914 s-ar fi produs la o distanţă aproximativă de 1,3 miliarde ani-lumină de Pământ. În urma acestuia o masă de trei ori mai mare decât cea a Soarelui a fost transformată în unde gravitaționale într-o fracțiune de secundă.

„Mai mult decât atât, am dedus că gaura neagră care a rezultat se roteşte. Găurile negre aflate în rotaţie au fost prezise teoretic pentru prima dată în anul 1963 de către matematicianul Roy Kerr”.

„În cele din urmă, rezultatele noastre indică faptul că evenimentul GW150914 a avut loc la o distanță mai mare de 1 miliard de ani-lumină. Detectoarele LIGO au observat un eveniment cu adevărat remarcabil care a avut loc cu mult timp în urmă într-o galaxie aflată departe, departe!”.

Sunetul produs de coliziunea dintre cele două găuri negre. Credit: LIGO

„Detecţia undelor gravitaționale îndeplinește un obiectiv ambițios stabilit în urmă cu mai mult de cinci decenii: observarea în mod direct a acestui fenomen evaziv și o înțelegere mai bună a Universului”, a declarat Prof. David H. Reitze, Director Executiv al proiectului LIGO și unul dintre cercetătorii de la California Institute of Technology.

„Detecţia undelor gravitaționale deschide o nouă eră în astronomie. Astronomia pe baza undelor gravitaționale este acum o realitate”, a declarat Prof. Gabriela Gonzalez de la Louisiana State University, un membru al echipei de cercetători.

„Undele gravitaţionale sunt descrise în teoria relativităţii generale a lui Einstein care a fost formulată în urmă cu 100 de ani și reprezintă un test al acestei teorii. Ar fi fost minunat să putem vedea reacţia lui Einstein la aflarea acestei veşti”, a declarat Prof. Rainer Weiss de la Massachusetts Institute of Technology.

„Einstein credea că undele gravitaționale sunt prea slabe pentru a fi detectate și nu a crezut în existenţa găurilor negre. Dar nu cred că ar fi fost deranjat să afle că a greșit”, a spus Dr. Bruce Allen, directorul general al Max Planck Institute for Gravitational Physics.

Detectarea undelor gravitaţionale deschide noi perspective privind studiul Universului.

„Detectoarele LIGO reprezintă un vârf al științei și tehnologiei. Detectarea undelor gravitaţionale a fost posibilă datorită efortului depus de o echipă internațională, formată din tehnicieni, ingineri și oameni de știință, cu adevărat excepțională”, a declarat Dr. David Shoemaker, conducătorul de proiect pentru Advanced LIGO și un cercetător de la Massachusetts Institute of Technology.

Rezultatele au fost publicate online în revista Physical Review Letters.

Puteți urmări mai jos o prezentare a modului prin care detectorul LIGO detectează undele gravitaţionale.

Surse: LIGO, Physical Review Letters, Sci-news