Predstavte si, že sa blížite k budove, idete na koncert. Trochu meškáte a koncert už začal. Z diaľky najprv nepočujete nič, no potom začujete dunenie basy a bicích. Ako sa približujete, pribúdajú ďalšie nástroje a hudba postupne ožíva – čoskoro počujete kapelu v plnej zostave.
Na Slovensku bol nedávno Kip Thorne, ktorý sa preslávil okrem iného Nobelovou cenou za objav gravitačných vĺn. Bol jedným zo zakladateľov projektu LIGO, aj keď spočiatku neveril, že zachytenie gravitačných vĺn vôbec môže byť reálne.
Počas prvej fázy experimentu vyzerala byť jeho pôvodná skepsa na mieste, detektor nezachytil nič. Bolo ticho. Až zvýšenie citlivosti viedlo k zachyteniu gravitačných vĺn, chveniu časopriestoru, ktoré vzniklo počas zrážky dvoch čiernych dier vyše miliardu svetelných rokov ďaleko.
Je vtipnou náhodou, že frekvencia takýchto gravitačných vĺn je taká, že ak by šlo o zvukové vlny, dokázali by sme ich počuť. Nie je ani moc veľká a ani malá, znelo by to približne ako žblnknutie alebo cmuknutie ústami.
Od prvého úspechu sa podarilo zachytiť gravitačné vlny z ďalších zrážok, či už čiernych dier alebo neutrónových hviezd. Je to fenomenálny úspech, no treba povedať, že zatiaľ počujeme z celej kapely len jeden či dva nástroje.
Na vznik zachytiteľných gravitačných vĺn treba nesymetrický pohyb niečoho ťažkého. Práve zrážka čiernych dier vyvolá gravitačné vlny, ktoré sú dostatočne silné a zároveň majú akurátnu frekvenciu, aby ich dokázali pozemské detektory o rozmere niekoľkých kilometrov.
Gravitačné vlny však môže vytvoriť všeličo iné. Napríklad nepravideľná supernova. Alebo malá čierna diera, ktorá krúži okolo masívnej. Alebo zrážka dvoch supermasívnych čiernych dier, ku ktorej dochádza pri splynutí dvoch galaxií. No a v neposlednom rade aj najdramatickejšie udalosť v histórií vesmíru – Veľký tresk. Rozdiel je frekvencie takýchto gravitačných vĺn – sú to akoby iné hudobné nástroje.
Na mnohé z nich nie sú pozemské detektory vhodné, napríklad lebo sú primalé. Rozhoduje dĺžka ich ramien, ktorej vzdialenosť meriame a ktorú ovplyvňuje prechod gravitačných vĺn. Veľkosť takéhoto detektora na Zemi bude vždy maximálne niekoľko kilometrov. Existuje však spôsob, ako tieto obmedzenia obísť, napríklad vyslať niekoľko satelitov a presným meraním ich vzdialenosti detegovať prechod gravitačných vĺn.
Druhou možnosťou, ktorá vytvorí ramená obopínajúce veľkú časť vesmíru, je presne merať zmenu vzdialenosti ďalekých objektov. Ako také niečo dosiahnuť? Napríklad pulzary sú veľmi stabilne blikajúce astronomické objekty, presným meraním ich signálu môžeme zachytiť drobné časové odchýlky spôsobené gravitačným vlnami.
Gravitačné vlny nám otvorili nové okno do vesmíru. Oprávnene vyvolali nadšenie, no bude to ešte lepšie – blížime sa ku koncertu a zatiaľ počujeme len náznaky hudby. Gravitačné vlny zo zrážky čiernych dier sú len prvým nástrojom, ktorý sme zachytili. Snáď nás čakajú aj tie zo supernov, zrážok galaxií či inflácie. Sme zvedaví, ako bude znieť toto vesmírne blues.
[Samuel]Dva dobré prehľadové články o budúcnosti výskumu gravitačných vĺn
The new frontier of gravitational waves
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1129-z
Gravitational-wave physics and astronomy in the 2020s and 2030s
https://www.nature.com/articles/s42254-021-00303-8