Fale grawitacyjne po zderzeniu gwiazd neutronowych

Pierwsza wspólna obserwacja fal grawitacyjnych i elektromagnetycznych otwiera nowy rozdział w historii astronomii. Nie mogło tu zabraknąć polskich uczonych.

The Virgo collaboration/Wikipedia Niedawno przebudowany europejski detektor Advanced Virgo, położony niedaleko Pizy we Włoszech

Żyjemy w ciekawych czasach, jeśli ogłoszona 27 września br. obserwacja kolizji dwóch czasoprzestrzennych lejów – czarnych dziur ważących kilkadziesiąt Słońc każda – wywołuje u przeciętnego astronoma co najwyżej lekkie wzruszenie ramion. Zarejestrowana 14 sierpnia detekcja sygnału GW170814 jest kolejnym, czwartym już, dowodem potwierdzającym w działaniu teorię grawitacji Einsteina, ale jednocześnie wydarzeniem wieszczącym zupełnie nowy, ekscytujący rozdział w historii astronomii.

W detekcji GW170814 brały udział trzy detektory. Do sprawdzonych wcześniej amerykańskich interferometrów Advanced LIGO (Hanford w stanie Waszyngton i Livingston w stanie Luizjana) dołączył 1 sierpnia świeżo przebudowany europejski Advanced Virgo, położony niedaleko Pizy we Włoszech. Te wielokilometrowej długości maszyny są niezwykle skomplikowanymi cudami techniki, a w istocie bardzo dokładnymi linijkami, które mogą mierzyć małe (dużo mniejsze od rozmiarów jąder atomowych), zmieniające się w czasie różnice odległości w otaczającej je przestrzeni.

Celem interferometrów LIGO i Virgo jest wykrywanie w szerokim paśmie częstotliwości (od około 10 do 10 000 Hz) fal grawitacyjnych, które powstają podczas kosmicznych katastrof i docierają do Ziemi w postaci niewielkich, trwających przez chwilę zaburzeń odległości. Globalna sieć trzech detektorów LIGO-Virgo ma o wiele lepsze niż dwa detektory LIGO możliwości namierzenia źródła na niebie (najbardziej prawdopodobny obszar jest 10 razy mniejszy niż poprzednio) oraz umożliwia przeprowadzanie nowych testów teorii grawitacji, np. pomiary polaryzacji fal: podobnie jak światło fale grawitacyjne mogą być spolaryzowane (w odróżnieniu od światła na dwa niezależne sposoby).

Znaczące fale grawitacyjne powstają podczas szybkiego (z prędkościami porównywalnymi z prędkością światła) niesymetrycznego ruchu dużych mas skoncentrowanych w małej przestrzeni.