Zvanično je potvrđeno - naučnici su pomoću "uređaja" galaktičkih razmjera otkrili "najtraženiji zvuk u svemiru" - pozadinsku gravitacionu tutnjavu koja se širi svemirom i potresa galaksije, zvijezde i signale koji njime putuju.
Naučni timovi iz SAD, Evrope, Australije i Indije objavili su rezultate svojih višegodišnjih istraživanja na tu temu u nekoliko naučnih radova u nekoliko naučnih časopisa.
U istraživanju je učestvovalo 100-tinjak naučnika iz 12 zemalja.
"Posljednjih 15 godina radimo na misiji potrage za niskofrekventnim šumom gravitacionih talasa koji odzvanja svemirom i prolazi kroz našu galaksiju, izobličujući prostor-vrijeme na mjerljiv način", rekao je predsjednik američkog NANOGrav tima, astrofizičar Stiven Tejlor sa Univerziteta Vanderbilt.
"Jako smo sretni što možemo objaviti da su naš trud i rad urodili plodom i da imamo uzbudljive dokaze o ovom pozadinskom šumu gravitacionih talasa", dodao je.
Šta su gravitacioni talasi?
Gravitacioni talasi su poremećaji u gravitacionom polju koji naizmjenično sabijaju i rastežu prostor-vrijeme kroz koji prolaze i sve u njemu, a šire se slično kao što se talasi vode ili zvuka šire vodom, odnosno vazduhom.
Formiraju se prilikom ubrzavanja masa, posebno velikih, na primjer u eksplozijama supernova, tokom kruženja zvijezda jednih oko drugih na malim udaljenostima u dvojnim zvjezdanim sistemima, u sudarima crnih rupa i sl.
Oni su takođe mogli nastati u velikom prasku i u kosmičkoj inflaciji, brzom širenju svemira koje je uslijedilo neposredno nakon velikog praska.
Gravitacioni talasi putuju brzinom svjetlosti.
Vijek od predviđanja do potvrde
Postojanje gravitacionih talasa prvi je predvidio Albert Ajnštajn 1916. godine na temelju svoje opšte teorije relativiteta.
No, trebalo je cijeli vijek razvoja tehnologije da konačno 2015. budu potvrđeni u velikim uređajima LIGO i Virgo koji su dovoljno osjetljivi da mogu detektovati njihove slabašne efekte.
Za ovo je otkriće 2017. dodijeljena Nobelova nagrada, a ono je omogućilo sasvim novu vrstu istraživanja svemira - astronomiju gravitacionih talasa.
Do danas je registrovano 100-tinjak događaja koji su odaslali gravitacione talase.
Prozor u najraniji svemir
Astronomija gravitacionih talasa može nam dati uvide u zbivanja koja ne možemo zabilježiti u obliku elektromagnetnih talasa.
Među ostalim, ona bi nam mogla otkriti šta se događalo neposredno nakon velikog praska. Trenutno to ne možemo znati jer je svemir nekih 380.000 godina nakon velikog praska bio previše jonizovan i pregust da bi se elektromagnetni talasi mogli širiti njime.
Ali, neprozirnost svemira za elektromagnetne talase nije problem za gravitacione.
Galaksija kao detektor
U novim istraživanjima navedeni su timovi nezavisno otkrili tragove tzv. pozadinskog šuma gravitacionih talasa.
Odakle dolaze ti talasi? Iako nova istraživanja nisu dala definitivan odgovor na ovo pitanje, glavna pretpostavka je da su ih emitovali binarni sistemi supermasivnih crnih rupa.
Naučnici već duže vrijeme pretpostavljaju da oni postoje u nekim galaksijama. Oni su mogli nastati na više načina, ali prije svega stapanjem dvije galaksije koje su u svojim centrima imale supermasivne crne rupe. Kada se supermasivne crne rupe nađu u binarnom sistemu, one se međusobno okreću jedna oko druge i odašilju gravitacione talase.
Emitujući gravitacione talase sistemi gube energiju te se crne rupe sve više približavaju i na kraju spajaju u jednu još veću crnu rupu.
Ovo spajanje može proizvesti jake gravitacione talase koji se mogu posmatrati postojećim detektorima na Zemlji.
Talasi posebno dugih talasnih dužina
Kako smo već naveli, srazovi crnih rupa zabilježeni su mnogo puta u uređajima LIGO i Virgo. Ti uređaji, čiji su krakovi dugi četiri kilometra, bili su dovoljno osjetljivi za otkrivanje efekta gravitacionih talasa čija se talasna dužina mjeri u hiljadama kilometara.
Ali, nisu dovoljno osjetljivi za otkrivanje druge vrste gravitacionih talasa mnogo većih talasnih dužina koje stvaraju supermasivne crne rupe kruženjem jedna oko druge, a koje se mjere u svjetlosnim godinama.
Da bi registrovao takve talasne dužine, detektor bi morao imati krakove koji se protežu gotovo polovinom galaksije.
Stoga su naučnici odlučili samu galaksiju pretvoriti u vrstu detektora. To su učinili tako što su iskoristili grupe pulsara koji postoje u Mliječnom putu.
Šta su pulsari?
Pulsari su ostaci nekadašnjih masivnih zvijezda koje su umrle u spektakularnim supernovama, ostavljajući za sobom samo guste jezgre sastavljene od neutrona. Svaki pulsar je malen, otprilike veličine grada, ali rotira se stotinama puta u sekundi.
Svojim jakim magnetnim poljima i brzom rotacijom oni stvaraju snažne elektromagnetne snopove. Magnetna polja pulsara koncentrisana su u polovima zvijezde, a ta mjesta se nazivaju magnetnim jamama.
Rotacija pulsara uzrokuje da magnetna jama mijenja svoj položaj u odnosu na Zemlju, što rezultuje kretanjem snopa svjetlosti prema i od Zemlje.
Ovi pulsevi zbivaju se u toliko preciznim, kratkim intervalima da mogu poslužiti za različita mjerenja.
Tu sad u igru ulaze gravitacioni talasi. Naime, rastezanje i stiskanje prostor-vremena kroz koje prolaze pulsevi pulsara teoretski bi trebalo stvarati male nepravilnosti u vremenskim intervalima u kojima oni dolaze do nas na Zemlji.
Ako gravitacioni talas malo skrati ili produži prostor-vrijeme kroz koji prolazi signal pulsara, na Zemlji će se moći zabilježiti mali poremećaj u njegovom dolasku.
"Hakovanje" galaksije
Ali poremećaj zabilježen u signalu jednog pulsara nije dovoljan da bi se nedvosmisleno moglo utvrditi da je on posljedica uticaja gravitacionih talasa.
Za to je potrebno da isti efekat pokazuje veća grupa pulsara.
Naučnici su već pronašli neke naznake zapisa gravitacionog pozadinskog šuma u bljeskovima skupova pulsara, ali donedavno nije bilo dovoljno podataka da bi se moglo reći je li u pitanju slučaj, odnosno greška.
"Morali smo 'hakovati' galaksiju", rekao je Džef Hazbun, član NANOGrav tima koji ima gotovo 100 članova iz SAD, Kanade i dvanaest drugih zemalja, pa dodao:
"To je jedna od najuzbudljivijih stvari kod ovog projekta za mene".
U najnovijoj analizi, koja je objavljena u cijeloj seriji radova u časopisu "The Astrophysical Journal Letters" i durgim časopisima, naučnici su proučavali podatke sa 70-ak pulsara.
"Ako puls malo kasni ili malo žuri, to se može pripisati prolasku gravitacionog talasa", rekao je Hazbun, objašnjavajući da gravitacioni talas rasteže ili komprimira prostor-vrijeme, mijenjajući udaljenost koju puls mora prevaliti da bi stigao do Zemlje.
Svemir podrhtava poput velikog želea
Uzorak odstupanja od očekivanih vremena dolaska snopova pulsara sugeriše da prostor-vrijeme pod udarom gravitacionih talasa podrhtava kao veliki žele.
"Jako je teško utvrditi dolaze li talasi iz jednog određenog smjera", kaže Hazbun.
Umjesto da vide jedan talas kako dolazi, kako bi ga vidjela osoba koja stoji na plaži i gleda u more, Hazbun tumači da zabilježeni signali više podsjećaju na iskustvo plivanja u nemirnom okeanu.
Istraživači još ne znaju šta stvara te talase, međutim rezultati se podudaraju s predviđanjima o efektu kruženja supermasivnih crnih rupa.
Ali izvor zabilježenih signala mogao bi biti nešto još neobičnije - mogućnosti se kreću od kosmičkih niti koje su mogle nastati na kraju velikog praska, preko tamne materije, do praistorijskih crnih rupa koje su se formirale nedugo nakon Velikog praska ili kosmičke inflacije.
Otkriće je vrlo pouzdano, ali još nije 100%
Objavljeni rezultati još se ne mogu smatrati konačnim otkrićem pozadinskog gravitacionog šuma, međutim, postoji šansa veća od 99% da je riječ o stvarnom fenomenu.
NANOGravov signal ima nivo pouzdanosti od 4 sigme (ili 99,349%), a temelji se na 67 pulsara.
Signal uređaja PPTA ima niži nivo pouzdanosti jer je u njemu proučavano manje pulsara. Njegova detekcija temelji se na samo 30 zvijezda, ali signali su prikupljani tokom dužeg perioda.
Zlatni standard za otkriće koje se može smatrati potvrđenim je 5 sigma. To znači da će naučnici morati obaviti još dosta posla.
Ali već sada imaju puno materijala prikupljenih tokom više godina pa to i ne bi trebalo biti previše teško. Trebaće vremena, rada i strpljenja, prenosi "Index.hr".
