Ca parte a teoriei sale generale despre relativitate, Einstein a prezis că masa ar trebui să emită unde gravitaționale. Ar trebui să poată detecta undele gravitaționale cele mai puternice pe măsură ce trec pe Pământ. Și un observator bazat pe spațiu planificat pentru lansarea în 2015, numit LISA, ar trebui să fie mai puternic.
Oamenii de știință sunt aproape de a vedea valurile gravitaționale. Credit de imagine: NASA
Gravitatea este o forță familiară. Este motivul fricii de înălțime. El ține luna la Pământ, Pământul la soare. Împiedică berea să nu plutească din paharele noastre.
Dar cum? Pământul trimite mesaje secrete pe Lună?
Ei bine, da - un fel de.
Eanna Flanagan, profesor asociat de fizică și astronomie Cornell, și-a dedicat viața înțelegerii gravitației de când era studentă la University College Dublin, în Irlanda natală. Acum, la aproape două decenii de la părăsirea Irlandei pentru a-și studia doctoratul sub celebrul relativist Kip Thorne de la Institutul de Tehnologie din California, munca sa se concentrează pe prezicerea dimensiunii și formei undelor gravitaționale - un fenomen evaziv prognozat de Teoria relativității generale a lui Einstein în 1916. dar care nu au fost niciodată detectate direct.
În 1974, astronomii de la Universitatea Princeton Russell Hulse și Joseph H. Taylor Jr. au măsurat indirect influența undelor gravitaționale asupra stelelor de neutron co-orbitante, o descoperire care le-a câștigat Premiul Nobel pentru fizică din 1993. Datorită lucrărilor recente ale lui Flanagan și colegii săi, oamenii de știință sunt acum pe punctul de a vedea direct primele valuri gravitaționale.
Sunetul nu poate exista în vid. Este nevoie de un mediu, cum ar fi aerul sau apa, prin care să-și transmită mesajul. În mod similar, gravitația nu poate exista în nimic. De asemenea, acesta are nevoie de un mediu prin care să-și livreze mesajul. Einstein a subliniat că acel mediu este spațiu și timp, sau „țesătură spațială”.
Modificările de presiune - o lovitură a tamburului, un cordon vocal vibrator - produc unde sonore, ondulații în aer. Conform teoriei lui Einstein, schimbările de masă - ciocnirea a două stele, aterizarea prafului pe un raft de cărți - produc valuri gravitaționale, ondulații în spațiu.
Deoarece majoritatea obiectelor de zi cu zi au masă, undele gravitaționale ar trebui să fie în jurul nostru. Deci de ce nu putem găsi nimic?
„Cele mai puternice valuri gravitaționale vor provoca tulburări măsurabile pe Pământ de 1.000 de ori mai mici decât un nucleu atomic”, a explicat Flanagan. „Detectarea lor este o provocare tehnică uriașă.”
Răspunsul la această provocare este LIGO, Observatorul laser gravitational-valuri interferometru, un experiment colosal care a implicat o colaborare de peste 300 de oameni de știință.
LIGO este alcătuit din două instalații la aproape 2.000 de mile una - una în Hanford, Wash. Și una în Livingston, La. Fiecare instalație are forma unui „L” uriaș, cu două brațe de 2,5 mile lungime realizate din diametrul de 4 metri conducte de vid încărcate în beton. Grinzi laser ultra-stabile traversează conductele, sărind între oglinzi la capătul fiecărui braț. Oamenii de știință se așteaptă ca o undă gravitațională trecătoare să întindă un braț și să strângă pe celălalt, determinând ca cele două lasere să parcurgă distanțe ușor diferite.
Diferența poate fi apoi măsurată prin „interferirea” laserelor în care brațele se intersectează. Este comparabilă cu două mașini care se deplasează perpendicular pe o răscruce. Dacă călătoresc cu aceeași viteză și aceeași distanță, se vor prăbuși mereu. Dar dacă distanțele sunt diferite, s-ar putea să rateze. Flanagan și colegii săi speră la o ratare.
Mai mult, exact cât de mult lovesc sau lipsesc laserele vor oferi informații despre caracteristicile și originea undei gravitaționale. Rolul lui Flanagan este de a prezice aceste caracteristici, astfel încât colegii săi de la LIGO să știe ce să caute.
Datorită limitelor tehnologice, LIGO este capabil să sesizeze unde gravitaționale de anumite frecvențe din surse puternice, inclusiv explozii de supernova pe Calea Lactee și care se învârte rapid sau co-orbitează stele de neutroni, fie în Calea Lactee, fie în galaxii îndepărtate.
Pentru extinderea surselor potențiale, NASA și Agenția Spațială Europeană planifică deja succesorul LIGO, LISA, Antena Spațială Interferometru Laser. LISA este similar în concept cu LIGO, cu excepția laserelor vor sări printre trei sateliți, la 3 milioane de mile distanță, care se vor deplasa pe Pământ pe orbită în jurul soarelui. Drept urmare, LISA va putea detecta unde la frecvențe mai mici decât LIGO, cum ar fi cele produse prin coliziunea unei stele cu neutroni cu o gaură neagră sau coliziunea a două găuri negre. LISA este programată pentru lansare în 2015.
Flanagan și colaboratorii de la Institutul Tehnologic din Massachusetts au descifrat semnătura valului gravitațional care rezultă în momentul în care o gaură neagră supermasivă înghite o stea cu neutroni de dimensiuni solare. Este o semnătură care va fi importantă pentru LISA să fie recunoscută.
„Când LISA zboară, ar trebui să vedem sute de lucruri”, a remarcat Flanagan. „Vom putea măsura modul în care spațiul și timpul sunt deformate și cum se presupune că spațiul este răsucit de o gaură neagră. Vedem radiații electromagnetice și credem că este probabil o gaură neagră - dar cam așa am ajuns. Va fi foarte interesant să vedem în sfârșit că relativitatea funcționează de fapt. ”
Dar, a avertizat, „S-ar putea să nu funcționeze. Astronomii observă că expansiunea universului se accelerează. O explicație este că relativitatea generală trebuie modificată: Einstein avea dreptate în mare parte, dar în unele regimuri lucrurile ar putea funcționa diferit. ”
Thomas Oberst este un stagiar de știință la Cornell News Service.
Sursa originală: Universitatea Cornell
