Vse, kar morate vedeti o enem največjih znanstvenih odkritij 21. stoletja

Kaj je gravitacijsko valovanje in kako nastane? Gravitacijsko valovanje je najlažje opisati kot širjenje ter krčenje vesoljskega prostora in časa v smeri od njegovega vira.

Če si vesolje predstavljamo kot velikansko rjuho in nanjo položimo težko kroglo, bo ta upognila del rjuhe okrog sebe. Če nato proti njej zakotalimo še eno kroglo, je ne bo obšla v ravni črti, temveč bo začela krožiti okrog nje. S približevanjem druge krogle prvi bo rjuha začela valovati, dokler se krogli ne bosta dotaknili.

V vesolju gravitacijsko valovanje povzroča takšna interakcija med zelo masivnimi, a razmeroma kompaktnimi objekti. Glavni kandidati so črne luknje in nevtronske zvezde. To so najmanjše, a najgostejše zvezde v vesolju – primerki, ki so jih opazovali astronomi, so počez merili vsega deset kilometrov, tehtali pa toliko kot dve naši sonci.

Kako so znanstveniki potrdili obstoj gravitacijskega valovanja? Signal gravitacijskega valovanja so znanstveniki ujeli s pomočjo posebnega instrumenta v ameriškem observatoriju LIGO. Ta je zasnovan tako, da zna razbrati morebitno krčenje ali širjenje prostora, kjer je postavljen.

Observatorij LIGO sestavljajo osrednja zgradba in dve štiri kilometre dolgi vakuumski cevi, ki imata na vsakem koncu ogledalo, v katerega sveti laser. Njegova naloga je ves čas preverjati, ali svetloba do ogledala potuje v istem času. Z drugimi besedami – laser preverja, ali štirje kilometri res ves čas merijo štiri kilometre. Če svetloba do ogledala v določenem trenutku potuje več ali manj časa kot ponavadi, je to znak gravitacijskega valovanja.

Zaznani signal gravitacijskega valovanja je bil zelo, zelo šibek. Instrumente v observatoriju LIGO je zmotil toliko, kot če bi se 1.000.000.000.000.000.000 kilometrov dolga palica z vidika opazovalca, ki vanjo zre dan in noč, skrajšala za pet milimetrov.

Kaj pomeni, da je vir gravitacijskega valovanja oddaljen 1,3 milijarde svetlobnih let? Znanstveniki so med analizo zaznanega gravitacijskega valovanja izračunali, da je njegov izvor od nas oddaljen 1,3 milijarde svetlobnih let. Svetlobno leto je razdalja, ki jo svetloba prepotuje v enem letu. Ker gravitacijsko valovanje potuje s hitrostjo, ki jo označuje konstanta c – z njo najpogosteje povezujemo hitrost svetlobe, a gre za hitrost vseh fizikalnih interakcij v naravi –, to pomeni, da je gravitacijsko valovanje od izvora do instrumentov observatorija LIGO potovalo 1,3 milijarde let. Trk črnih lukenj se je torej zgodil pred 1,3 milijarde leti.

Kakšna je praktična vrednost odkritja gravitacijskega valovanja? Javno objavo vesti, da so znanstveniki potrdili obstoj gravitacijskega valovanja, je spremljalo tudi vsesplošno navdušenje nad dejstvom, da človeštvo zaradi tega vstopa v novo obdobje raziskovanja vesolja.

Ta trditev ni iz trte izvita. Gravitacijsko valovanje lahko namreč postane dodaten čut astronomov in astrofizikov, saj bodo z njegovo pomočjo lahko zaznali stvari, ki jih s teleskopi ne morejo. Ta oblika valovanja je v nasprotju z elektromagnetnim, med katerega prištevamo tudi svetlobo, imuna proti preprekam, ki nam sicer zastirajo pogled – vesoljskim oblakom prahu in plina, na primer.

Ali smo gravitacijsko valovanje tokrat zaznali prvič? Da in ne. Res je, da smo ga prvič zaznali dokazljivo, a že pred tem se je zgodila posredna identifikacija gravitacijskih valov. Znanstvenika Russell Alan Hulse in Joseph Hooton Taylor Jr. sta leta 1974 odkrila sistem dveh nevtronskih zvezd. Analiza odkritja in poznejše opazovanje sta pokazala, da se binarni zvezdni sistem obnaša v skladu z Einsteinovo teorijo o gravitacijskem valovanju. Znanstvenika sta za svoje delo in odkritje leta 1993 prejela Nobelovo nagrado za fiziko.

Lahko gravitacijsko valovanje ustvarimo v laboratoriju? Lahko ga ustvarimo, a zaznati ga bo nemogoče. Gravitacijsko valovanje lahko ustvarita tudi dve osebi, ki krožita druga okrog druge, a prebudilo ne bi niti observatorija s štiristokilometrskimi laserji. Gravitacija je namreč razmeroma šibka sila, zato za ustvarjanje izmerljivega gravitacijskega valovanja potrebujemo dve zelo, zelo masivni, a kompaktni telesi, kot sta črni luknji ali nevtronski zvezdi.

Je gravitacijsko valovanje lahko nevarno? Valovanje samo ne, morda pa je nevaren morebiten stranski učinek njegovega nastanka. Pri ameriški vesoljski agenciji Nasa razvijajo teorijo, da bi lahko siloviti dogodki oziroma trki, ki ustvarjajo gravitacijsko valovanje, sprožali izbruhe smrtonosnih žarkov gama.

Če bi eden od tovrstnih izbruhov žarke gama usmeril naravnost proti Zemlji, bi nadaljnji obstoj življenja na njej postavil pod velik vprašaj. Žarki gama bi lahko uničili ozonsko plast in posredno povzročili izumrtje bioloških vrst zaradi izpostavljenosti sevanju Sonca in spreminjanja kemične sestave atmosfere, ki bi lahko povzročila odmiranje rastlin in posledično množično stradanje.