Undele gravitaționale sunt fluctuații în curbura spațiu-timp. Dacă aruncăm o piatră într-o baltă, ea creează ondulații (unde) – valuri în apă – care par să se întindă și să se contracte la loc. În mod similar, masele care accelerează trimit unde gravitaționale în spațiu. Aceste unde fac ca spațiul să se întindă și să se contracte apoi la loc.
Pe 11 februarie 2016, după decenii de încercări de detectare directă a undelor gravitaționale, oamenii de știință au anunțat că le-au descoperit. Undele au provenit de la o galaxie foarte îndepărtată – situată la între 750 de milioane și 1,86 miliarde de ani-lumină față de noi. Acolo, două găuri negre au intrat în coliziune, perturbând țesătura spațiului și timpului. Aici, pe Pământ, două detectoare uriașe, amplasate în regiuni diferite ale Satelor Unite, au înregistrat aceste unde gravitaționale.
În teoria relativității generale, Albert Einstein a prezis că ondulațiile din spațiu-timp ar trebui să radieze energie departe de evenimentele extrem de violente, așa cum sunt coliziunile dintre stele. Aceste evenimente sunt foarte puternice, însă perturbațiile pe care le produc sunt subtile. Când ajung pe Pământ, ele comprimă spațiu-timpul doar cât lățimea unui proton. (Un proton este una dintre particulele care formează atomul.)
Nou-descoperitele unde au fost detectate de observatorul LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), care utilizează o oglindă specială pentru a diviza o rază de lumină laser. Oglinda trimite fiecare rază printr-unul dintre cele două tuburi cu lungimea de patru kilometri. Aceste tuburi sunt poziționate la un unghi de 90 de grade unul față de celălalt. Lumina ricoșează înainte și înapoi de 400 de ori în fiecare tunel al detectorului. Acest lucru transformă călătoria fiecărei raze într-un drum dus-întors cu lungimea de 1.600 km. Apoi lumina se recombină în apropierea sursei sale.
Experimentul a fost proiectat astfel încât, în condiții normale, undele de lumină se anulează reciproc atunci când se recombină. Când se întâmplă acest lucru, detectorul nu înregistrează niciun semnal.
Însă o undă gravitațională va întinde unul dintre tuburi și îl va contracta pe celălalt. Acest lucru alterează distanța parcursă de cele două raze una față de cealaltă. Diferența este foarte mică, dar este suficientă pentru ca, la recombinarea celor două raze de lumină, undele lor să nu se mai alinieze perfect. Deoarece ele nu se mai pot anula reciproc, detectorul va înregistra o strălucire slabă. Aceasta semnalează o undă gravitațională care trece.
Pentru a se asigura că semnalul nu este declanșat de un fenomen local, LIGO are două detectoare. Unul se află în statul Louisiana, iar celălalt se află în statul Washington din S.U.A. Un semnal care apare doar pe unul dintre detectoare – ceea ce înseamnă că este local – va fi ignorat.
Inițial, oamenii de știință au detectat unde gravitaționale provenite de la coliziunea a două găuri negre. Însă acestea nu sunt singurele surse de unde gravitaționale. Cu ajutorul simulărilor computerizate, cosmologii își pot da seama la ce fel de semnale să se aștepte de la alte surse.
O stea neutronică este un nucleu lăsat în urmă de explozia unei stele masive. O astfel de stea ar trebui să perturbe spațiu-timpul cu unde de frecvențe similare celor produse de ciocnirea găurilor negre.
Exploziile puternice cunoscute sub denumirea de supernove sunt declanșate de moartea unei stele masive. Ele perturbă spațiul și proiectează în spațiul cosmic valuri de unde gravitaționale de înaltă frecvență.
Perechile de găuri negre gigantice, fiecare de peste un milion de ori mai masivă decât soarele nostru, radiază unde gravitaționale lungi. Acestea nu pot fi detectate de LIGO. Însă oamenii de știință le pot detecta prin studierea variațiilor subtile din ritmul constant al pulsarilor (stele neutronice ultra-dense care se rotesc).
Big Bang-ul ar fi putut declanșa unde gravitaționale de mărimea universului, în urmă cu 13,8 miliarde de ani. Aceste unde ar fi lăsat o amprentă asupra primii lumini eliberate în cosmos 380.000 de ani mai târziu. Oamenii de știință caută aceste unde în radiația cosmică de fond – radiația lăsată în urmă de Big Bang.
Sursa: Science News Explores