Polacy pomogli w odkryciu fal grawitacyjnych

Odkrycie fal grawitacyjnych jest ostatnim elementem potwierdzającym prawdziwość obliczeń dokonanych dokładnie 100 lat temu przez Alberta Einsteina. Przewidział on istnienie tych fal w swojej ogólnej teorii względności, jednak aż do teraz naukowcy nie potrafili ich wykryć. Przełom nastąpił dzięki udoskonaleniu urządzeń pomiarowych – detektorów fal grawitacyjnych. Symulacje wykonane przez polski zespół POLGRAW, złożony z 15 naukowców z siedmiu instytutów i koordynowany przez prof. Andrzeja Królaka, pomogły zidentyfikować sygnał, którego poszukiwano. Przeprowadzona przez Polaków analiza danych napływających z detektorów pozwoliła wyłonić właściwe impulsy z szumu tła. Dziewięciu polskich badaczy znalazło się wśród autorów pracy na ten temat, opublikowanej w piśmie „Physical Review Letters”.

– Zajmowaliśmy się analizą danych, które pochodzą z amerykańskich detektorów LIGO –wielkich interferometrów laserowych o ramionach długości 4 km – powiedział Polska.pl prof. Andrzej Królak z Instytutu Matematycznego Polskiej Akademii Nauk (IM PAN).

Detektory LIGO położone są na wschodnim i zachodnim wybrzeżu Stanów Zjednoczonych. Podobne urządzenie noszące nazwę Virgo, o ramionach długości 3 km, istnieje również w Europie, na terenie Włoch. Obecnie jest modernizowane. Ono także będzie miało moc wykrywania fal grawitacyjnych. Amerykańskie detektory LIGO, które uchwyciły to zjawisko, niedawno również przeszły podobną modernizację.

– Są to tak czułe urządzenia, że zarejestrowały zmianę długości jednego z ramion interferometru o zaledwie jedną miliardową jednej miliardowej metra. Zmiany te udało się wykryć tuż po ponownym uruchomieniu detektorów LIGO – podkreśla prof. Królak.

Istotne było to, żeby oddzielić ten delikatny sygnał od zakłóceń, jakich pełno na Ziemi – drgań wywołanych przez trzęsienia ziemi, przejeżdżające samochody czy nawet porywy wiatru. Aby uniknąć błędnych odczytów, układy optyczne detektorów są izolowane sejsmicznie od otoczenia i umieszczone w idealnej próżni.

W wyodrębnieniu fal grawitacyjnych z kosmicznego szumu wydatnie pomogły obliczenia wykonane przez matematyków z zespołu POLGRAW. Z kolei zespół polskich astrofizyków  przewidział, że wydarzenia takie jak połączenia czarnych dziur mogą być znacznie częstsze, niż dotąd sądzono, i że to właśnie one mogą stać się źródłem fal grawitacyjnych na tyle silnych, że uda się je wykryć.

– Sygnał wykryty w detektorach LIGO był największą eksplozją, jaką ludzkość zarejestrowała w swojej historii – mówi członek zespołu POLGRAW, dr hab. Michał Bejger z Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN. – Wywołało ją połączenie dwóch czarnych dziur oddalonych od Ziemi o 1,3 mld lat świetlnych. Był to kataklizm większy nawet niż wybuchy supernowych. Masa równa trzem masom Słońca została zamieniona w energię w postaci fal grawitacyjnych, tak więc łączące się czarne dziury w tej jednej chwili wyemitowały więcej energii niż cały pozostały Wszechświat.

polska