Orbitální dráha Podcast: Vytváření gravitačních vln

Vesmír zpívá v gravitačních vlnách a my začneme naslouchat. Michelle Thallerová diskutuje o objevu gravitačních vln a jejich neobvyklých účincích v jejím nejnovějším astronomickém podcastu.

Umělecké pojetí LISA Pathfinder ve vesmíru.
NASA JPL / ESA

Jistě jedním z nejúžasnějších a nejpodivnějších nápadů moderní fyziky je, že prázdný prostor spojený s časem je věc, kterou lze ohnout a protáhnout, a dokonce se může vlnit jako vlny na rybníku.

Před více než 100 lety Albert Einstein popsal gravitaci jako ohyb prostoru a času; cokoli s hmotou, od elektronu k supermasivní černé díře, může ohýbat vesmír kolem něj, což zkresluje měření našich vládců a hodin v procesu. A pokud se tato hmota náhodou pohybuje, kosmický prostor reaguje na tento pohyb a vytváří gravitační vlny. Je neuvěřitelné, že existuje v matici neustále se ohýbajících a vlnících se časoprostorů.

Naštěstí pro nás to vyžaduje obrovské množství energie, aby se ve srovnání s lidským měřítkem vytvořilo i malé zkreslení. Tyto vlny jsou tak malé, že naše nejpokrokovější detekční zařízení jen stěží dokázala škádlit signály z jedné z nejnásilnějších událostí, které vesmír nabízí: dvě slučující se obrovské černé díry. V září 2015 se detektory dvojčat, které tvoří laserovou interferometrickou gravitační vlnovou observatoř (LIGO), mírně otřásly, když vlny ze sloučení černé díry vzdálené 1, 3 miliardy světelných let dosáhly Země. Tato událost byla první potvrzenou detekcí gravitační vlny a v době, kdy nás to prošlo, bylo zvlnění mnohokrát menší než průměr jediného protonu. Ale to pro LIGO stačilo.

V této epizodě orbitální cesty nám profesorka Jana Levin, teoretická fyzika na Columbia University, vypráví pozoruhodný příběh o tom, jak LIGO přišel zachytit ty nepolapitelné vlny poprvé, obrátit nové oči nebo přesněji nové uši na zvuk samotného vesmíru.

Pokud skutečně žijeme ve zvlněném a zvlněném vesmíru, existují důsledky gravitačních vln, které můžeme vidět, i když vlny samotné nebyly detekovány? Marco Chiaberge (STScI) si myslí, že to právě viděl. Pomocí Hubbleovho vesmírného dalekohledu našel Chiaberge velmi podivnou galaxii, která se zdálo, že z jejího jádra vrhá supermasivní černou díru.

Světlý hvězdný kvasar 3C 186 a jeho bývalá hostitelská galaxie, slabý, roztažený objekt za ním, sedí uprostřed klastru galaxie. Kvasar byl pravděpodobně vypuštěn po dávno sloučené galaxii.
NASA / ESA / M. Chiaberge (STScI / ESA)

Světlé, aktivní galaxie jsou obvykle poháněny černými dírami miliónů nebo miliardkrát většího množství hmoty Slunce v jejich jádrech, což je pravděpodobně konečný výsledek mnoha menších černých děr, které se střetávají a spojují v obrovských časových rámcích. Bylo by tedy rozumné, kdyby tyto nesmírně masivní objekty spočívaly přímo ve středu, ve středu hmoty jejich galaxií, všechno ostatní se kolem nich točilo. V tomto případě však byla z galaxie vyslána černá díra o hmotnosti miliard Slunce rychlostí více než 4 miliony mil / h. Můžeme se všichni na chvíli zastavit a zvážit to? Co by mohlo mít energii k urychlení miliardy solárních hmot na tak obrovské rychlosti?

Chiaberge si myslí, že odpověď může být gravitační vlna. Pokud se dvě obrovské černé díry spojí do nějakého vzácného a nevyváženého řekněme, výsledné vlny by mohly zmizet asymetricky, jako kulka vystřelená ze zbraně. A černá rána se prudce odrazila zpětným rázem.

Jak jinak ovlivňují gravitační vlny vesmír kolem nás? Jaké druhy exotických objektů najdeme s příští generací gravitačních vlnových observatoří? Zatím nemáme téměř žádnou představu. Vesmír nám zpíval po celou dobu, ale teprve v posledních dvou letech jsme otevřeli uši k poslechu.


Orbitální cesta je produkována PRX a podporována Nadací Alfreda P. Sloana. Nenechte si ujít další vědecké podcasty PRX: Transistor a Outside Magazine.