Pozadina gravitacijskog vala različita od očekivane

Prvi rezultati gravitacijskog detektora valova pružaju uvid u rane dane našeg svemira

Računalni model gravitacijskih valova kako je postulirao Einstein © NASA / GSFC
čitati naglas

Gravitacijski valovi su sitne distorzije prostora i vremena koje su tek nedavno registrirali detektori. Sada su znanstvenici procijenili prve podatke mjerenja i izvijestili u „Prirodi“ o nekoliko važnih rezultata. Stoga, čini se da u kozmosu nema slučajne pozadine gravitacijskog vala, kao što su neke teorije postulirale. Također u pitanju jesu li i koje su teorije struna ispravne, gravitacijski valovi daju vrijedne nagovještaje.

Albert Einstein predvidio je postojanje gravitacijskih valova već 1916. godine kao dio njegove opće teorije relativnosti. Slično kao kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje, vjeruje se da je Veliki prasak izazvao poplavu sićušnih izobličenja u prostoru i vremenu koje još uvijek ispunjava svemir i nosi podatke o vremenu neposredno nakon Velikog praska. Ovi rani gravitacijski valovi izgledaju kao stohastično - nasumično raspodijeljeno - pozadinsko zračenje. Usporediva je s superpozicijom valova različitih veličina i valova koji dolaze iz različitih smjerova, a koji su složeni na površini ribnjaka. Amplituda ove pozadine izravno je povezana s parametrima koji su odredili ponašanje svemira tijekom prve minute nakon Velikog praska.

Džinovsko oružje kao detektori za "divovske valove"

Od 2002. godine astrofizičari koriste gravitacijske detektore valova kako bi istražili ovo još zagonetno zračenje. Istraživački projekt međunarodne znanstvene suradnje LIGO (Laser Interferometer Gravitacijski-valni opservatorij) i suradnja Djevica donijeli su značajne nove uvide u rani razvoj našeg Svemira. Studija se temelji na podacima prikupljenim s tri američka LIGO interferometra: dva LIGO detektora dužine ruku dva i četiri kilometra nalaze se u Hanfordu u Washingtonu, a još jedna ruka od četiri kilometra djeluje u Livingstonu, Louisiana.

Svaki se detektor sastoji od laserskog interferometra u obliku slova L, čiji je laserski snop razdijeljen na dva pod-snopa, koji se vraćaju u krakove interferometra. Kad gravitacijski val prođe kroz detektor, jedna ruka interferometra lagano se ispruži, dok je u isto vrijeme druga lagano stisnuta. Interferometar je dizajniran za mjerenje duljine između dviju krakova manjih od jedne tisuće promjera atomskog jezgra.

{2r} zaslon

Nema naznaka stohastičke pozadine gravitacijskog vala

Tim istraživača, uključujući znanstvenike Instituta Max Planck za gravitacijsku fiziku u Hannoveru i Potsdamu te Leibniz Universität Hannover, sada je procijenio podatke zabilježene tijekom dvogodišnjeg razdoblja od 2005. do 2007. godine. U sredini se postavljalo pitanje mogu li se potvrditi ili ne neki modeli razvoja ranog svemira koji pretpostavljaju da je stvorena stohastička pozadina gravitacijskog vala.

Rezultat: Podaci mjerenja detektora gravitacijskog vala ne pokazuju da takva stohastička pozadina gravitacijskog vala postoji. Prema istraživačima, upravo to "ne mjerenje" omogućuje uvid u ranu povijest svemira i sužavanje odgovarajućih teorija. "Budući da još nismo primijetili stohastičku pozadinu, iz ranog svemira možemo izuzeti takve modele koji predviđaju relativno jaku stohastičku pozadinu", objašnjava Vuk Mandić sa Sveučilišta t Minnesota.

Ispitivanje modela za teoriju struna

Nedavna istraživanja uključuju i trenutne modele kozmičkih struna. Kozmički nizovi su predmeti koji, prema teoriji, datiraju još od prvih dana našeg svemira i bili su protezani do ogromnih razmjera kako se svemir širio. Prema nekim kozmolozima, ti žice mogu tvoriti petlje koje proizvode gravitacijske valove dok vibriraju, propadaju i na kraju se raspršuju.

"Sada znamo nešto više o parametrima koji opisuju Svemir u dobi manjoj od minute", nastavlja Mandić. Ako postoje kozmički nizovi ili natkoljenice, njihova se svojstva moraju podudarati s rezultatima naših mjerenja. To znači da su svojstva, poput naprezanja struna, ograničena više nego prije.

Ovo je posebno zanimljivo jer se takvi nizovi također pojavljuju kao 'temeljni nizovi' u mnogim teorijama niza «, objašnjava istraživač. Dakle, naša mjerenja također nude mogućnost testiranja modela teorije struna; ovo je vrlo rijetka prilika ovih dana. LIGO je stvoren za tako značajne rezultate

700 istraživača iz dvanaest zemalja

„Stotine znanstvenika naporno radi na postizanju osnovnih rezultata poput ovog: tehnički orijentirani znanstvenici koji dizajniraju, grade i upravljaju našim detektorima; timovi koji pripremaju podatke za potragu za astrofizičkim izvorima i analitičari podataka koji razvijaju i primjenjuju osjetljive matematičke postupke za pronalaženje vrlo slabih i isparljivih signala u protocima podataka, objašnjava Maria Alessandra Papa, viši znanstvenik Instituta za gravitacijsku fiziku Max Planck i voditeljica cjelokupne analize podataka LSC-a.

Projekt LIGO financira Nacionalna zaklada za znanost (NSF). Razvili su ga i upravljali Kalifornijskim tehnološkim institutom (CalTech) i Massachusetts Institute of Technology (MIT) s ciljem izravnog mjerenja gravitacijskih valova i razvoja promatranja gravitacijskih valova kao astronomske metode. Istraživanje provodi LIGO Scientific Collaboration LSC, skupina od oko 700 znanstvenika iz 12 različitih zemalja. Mreža interferometra LIGO Scientific Collaboration uključuje američki interferometar LIGO i njemačko-britanski detektor gravitacijskog vala GEO600. Nalazi se u blizini Hanovera.

Sljedeći veliki korak za LIGO je napredni projekt LIGO, koji bi trebao biti predstavljen 2014. godine. Napredni LIGO koristit će napredne tehnologije i koncepte razvijene u okviru LIGO znanstvene suradnje. Projekt Advanced LIGO financiraju Nacionalna zaklada za znanost SAD-a, Njemačko društvo Max Planck i Ujedinjeno Kraljevstvo Vijeće za znanost i tehnologiju (STFC). U Europi se planira i širenje GEO600 i Djevice.

(LIGO / Blagi marketing, 21.08.2009. - NPO)