Gravitácia je vo svojej podstate zakrivený priestor v okolí hmotných telies. Teda, keď Mesiac obieha okolo Zeme, iba padá do pomyselného lievika v centre ktorého je Zem. Nuda? Možno. Ak ale vymeníte za našu planétu a jej súputníka dve práve sa zrážajúce čierne diery, dokážete celkom poriadne (relatívne voči systému Zem-Mesiac) rozkmitať priestor celého vesmíru. Toto kmitanie, odborne nazývané gravitačné vlny, bolo pred nedávnom priamo vypočuté observatóriom aLIGO. Donedávna sme sa na vesmír dokázali iba „pozerať“, ale dnes ho konečne dokážeme aj „počuť“. Čo nám vlastne dokážu gravitačné vlny o vesmíre povedať?
Dnes už asi nikto nepochybuje o tom, že teória relativity je fundamentálne správna a veľmi presná. Dosvedčujú to dôkazy akým je rýchlosť stáčania priamky apsíd u planét slnečnej sústavy, ohyb svetla v gravitačnom poli Slnka, zmeny v perióde obehu binárnych pulzarov, či neuveriteľná presnosť globálnych navigačných systémov. Takže ak si odmyslíme možnú odchýlku tejto teórie od reality vo všetkých možných maximálne extrémnych podmienkach, prínos gravitačných vĺn bude hlavne v poodhalení nedostatkov v našom chápaní objektov, ktoré sú ich zdrojom.
Na tomto obrázku je znázornená závislosť deformácie priestoru (Characteristic strain) od frekvencie gravitačnej vlny (Frequency). V prípade aLIGO je táto deformácia určená rozdielom dĺžky jeho ortogonálnych ramien v smere ktorých zmeny v priestore meria. Červený šesťuholník znázorňuje polohu signálu, ktorý aLIGO nedávno priamo detekovalo a ktorý odpovedá zrážke dvoch čiernych dier o hmotnosti asi 36 a 29 hmotnosti Slnka vo vzdialenosti približne 400 Mpc. Čierne krivky odpovedajú citlivosti súčasných a budúcich detektorov gravitačných vĺn (aLIGO, eLISA a IPTA). Vyplnené farebné oblasti zase odhadovanú deformáciu priestoru vyvolanú rôznymi telesami v našom vesmíre (Supernovae predstavujú core collapse supernovy, compact binary inspirals zahrňujú širokú škálu binárnych čiernych dier a neutrónových hviezd, solar mass binaries sú dvojhviezdy, ktorých zložky sú podobné Slnku, resolvable galactic binaries sú dvojhviezdy v našej galaxii, stochastic background sú náhodne vygenerované gravitačné vlny, ktoré vznikli počas veľkého tresku z ktorého vznikol náš vesmír).
Pozrime sa teraz čo konkrétne nám gravitačné vlny dokážu povedať napríklad o vybuchujúcich masívnych hviezdach (takzvaných supernovách typu II). Simulácie týchto objektov (video dole) sa robia za predpokladov, ktoré sú iba pozorovaním svetla samotnej supernovy ťažko dokázateľné. Takými predpokladmi sú napríklad vlastnosti neutrónovej hviezdy a prúdenia plynu, ktoré počas takejto explózie vzniká. Gravitačná vlna zo supernovy je citlivá na tieto parametre a preto nám jej vlastnosti umožnia rozsah našich predpokladov ohraničiť.
Netreba samozrejme zabúdať aj na to, že gravitačné vlny nám možno umožnia nahliadnuť aj pod rúško tajomstva tmavej hmoty o ktorej vieme, že tvorí skoro štvrtinu hmoty celého vesmíru ale ktorú s pomocou elektromagnetického žiarenia pozorovať nevieme.
Na úvodnom obrázku je rozloženie tmavej hmoty (modrou) odvodenej na základe pozorovania vzdialených galaxií, ktorých svetlo bolo zosilnené ohybom svetelných lúčov gravitačným pôsobením kopy galaxií s označením CL0024+17
Rozhodne sa máme na čo tešiť.
Zdroje:
http://arxiv.org/pdf/1602.02872v1.pdf
https://physics.aps.org/featured-article-pdf/10.1103/PhysRevLett.116.061102
http://cgwp.gravity.psu.edu/events/SrcSimDA/slides/Dimmelmeier.pdf
http://apod.nasa.gov/apod/ap070516.html