Po vklopu septembra 2015 je dvojni observatorij LIGO - Laser Interferometer Gravitacijski valovi v Hanfordu, Washingtonu in Livingstonu, Louisiana - v prvem delovnem zasedanju hkrati zaznal združitev dveh črnih lukenj, čeprav je bila njihova občutljivost nastavljena na 30% mogoče. Združitev dveh črnih lukenj 36 in 29 sončnih mas, odkritih 14. septembra 2015, in drugih črnih lukenj pri 14 in 8 sončnih mas, odkritih 26. decembra 2015, je prinesla prvo dokončno in neposredno potrditev obstoja gravitacijskih valov. To je trajalo stoletje. Končno je tehnologija lahko teorijo preizkusila in potrdila.
Toda odkrivanje teh valov je šele začetek: v astronomiji se začenja novo obdobje. Pred 101 leti je Einstein predstavil novo teorijo gravitacije: splošno relativnost. Skupaj z njim je prišlo do spoznanja: oddaljene mase ne privabljajo podobnih takoj v vesolju, ta prisotnost materije in energije deformira tkanino prostora-časa. Ta popolnoma nova slika gravitacije je s seboj prinesla celo vrsto nepričakovanih posledic, vključno z gravitacijskim lečanjem, razširjajočim se vesoljem, gravitacijskim širjenjem časa in - kot zdaj zagotovo vemo - obstojem nove vrste sevanja: gravitacijskih valov. Ko se mase premikajo ali pospešujejo relativno med seboj skozi vesolje, reakcija prostora sama ustvarja valovanje. Ta valovanje se giblje skozi vesolje s svetlobno hitrostjo in posledično pade v naše detektorje,nas z gravitacijskimi valovi obvešča o daljnih dogodkih.
Najlažje je zaznati predmete, ki oddajajo močne signale, in sicer:
- velike mase, - se nahajajo na majhni razdalji med seboj, - hitro vrtenje, Promocijski video:
- z bistveno spreminjajočimi se orbitami.
Najboljši kandidati očitno trčijo, sesedajo predmete, kot so črne luknje in nevtronske zvezde. Upoštevati moramo tudi frekvenco, s katero lahko zaznamo te predmete, ki bo približno enaka dolžini poti detektorja (dolžina roke, ki je manjša od števila odbojev), deljena s hitrostjo svetlobe.
LIGO s svojimi 4-kilometrskimi kraki z več tisoč odsevi svetlobe lahko vidi predmete na frekvencah v milisekundnem območju. To vključuje združevanje črnih lukenj in nevtronskih zvezd v zadnji fazi združevanja, pa tudi eksotične dogodke, kot so črne luknje ali nevtronske zvezde, ki zaužijejo velik kos snovi in gurkajo, postanejo bolj sferične. Močno asimetrična supernova lahko ustvari tudi gravitacijski val; propad jedra verjetno ne bo prizadel gravitacijskih detektorjev valovanja, združevanje belih pritlikavih zvezd v bližini bi lahko.
Že smo videli združitev črnih lukenj s črnimi luknjami, in ker se LIGO izboljšuje, je smiselno domnevati, da bomo v naslednjih nekaj letih dobili prvo generacijo ocen črnih lukenj zvezdnih mas (od nekaj do sto sončnih mas). LIGO mora najti tudi združitve nevtronskih zvezd z nevtronskimi zvezdami; ko bodo opazovalnice dosegle načrtovano občutljivost, bodo lahko opazovale tri do štiri dogodke na mesec, če so naše ocene o njihovi pogostosti spajanja in občutljivosti LIGO pravilne.
Asimetrične supernove in mehurčke eksotičnih nevtronskih lukenj bo izredno zanimivo zaznati (če bo mogoče, ker verjamejo, da gre za redke dogodke). Toda največji preboj je pričakovati z več detektorji. Ko bo detektor VIRGO v Italiji začel delovati, bo postalo resnično pozicioniranje s pomočjo triangulacije: natančno bomo lahko ugotovili, kje se v vesolju rodijo ti dogodki, nato pa izvedli optične meritve. VIRGO bodo sledili gravitacijski interferometri na Japonskem in v Indiji. Čez nekaj let bo naša vizija gravitacijskega valovnega neba dosegla novo raven.
Naši največji uspehi pa se bodo začeli, ko bomo v vesolje pripeljali svoje ambicije gravitacijskega vala. V vesolju niste omejeni na potresni hrup, trke tovornjakov ali tektoniko plošč; le tihi vesoljski vakuum v ozadju. Niste omejeni z ukrivljenostjo Zemlje, možno dolžino ropa opazovalnice; mogoče je opazovalnico zagnati dlje od Zemlje ali celo v orbito okoli Sonca. Predmete bi lahko merili ne za milisekunde, ampak za sekunde, dneve, tedne ali več. Lahko bi zaznali gravitacijske valove iz supermasivne črne luknje, vključno z največjimi znanimi predmeti v vesolju.
Končno, če zgradimo vesoljski observatorij dovolj velik in občutljiv, bi lahko videli gravitacijske valove, ki so ostali od samega Velikega poka. Lahko bi neposredno zaznali gravitacijske motnje kozmične inflacije in ne le potrdili naš kozmični izvor, ampak tudi dokazali, da je sama gravitacija kvantna sila narave. Navsezadnje se ti inflacijski gravitacijski valovi ne bi mogli pojaviti, če sama gravitacija ne bi bila kvantno polje.
Trenutno poteka razprava o tem, katera naloga NASA bo v 2030-ih prednostna naloga. Medtem ko je na voljo veliko dobrih misij, je vredno opaziti gradnjo vesoljskega opazovalnega gravitacijskega vala v orbiti okoli sonca. Imamo tehnologijo, dokazali smo njeno izvedljivost, potrdili smo obstoj valov. Prihodnost astronomije gravitacijskih valov je omejena le s tem, kar nam lahko zagotovi vesolje in koliko bomo za to porabili. Razcvet nove dobe se je že začel. Vprašanje ostaja, kako močno bo zasijalo to novo polje astronomije.
ILYA KHEL