Gravitačná vlna

Gravitačná vlna je porucha v zakrivení (tkaniny) časopriestoru, generovaná zrýchlenými hmotami, ktoré sa šíria ako vlny smerom od ich zdroja pri rýchlosti svetla. Navrhol ich Henri Poincaré v roku 1905 a následne ich predpovedal v roku 1916 Albert Einstein na základe jeho všeobecnej teórie relativity. Gravitačné vlny prenášajú energiu ako gravitačné žiarenie, formu žiarivej energie podobnú elektromagnetickému žiareniu.  Newtonov gravitačný zákon, ktorý je súčasťou klasickej mechaniky, neumožňuje ich existenciu, pretože tento zákon je založený na predpoklade, že fyzické interakcie sa šíria okamžite (s nekonečnou rýchlosťou) – demonštruje to jeden zo spôsobov, ako metódy klasickej fyziky nedokážu vysvetliť javy spojené s relativitou.

Gravitačná astronómia je nový odbor pozorovateľskej astronómie, ktorá využíva gravitačné vlny na zhromažďovanie pozorovacích údajov o zdrojoch detegovateľných gravitačných vĺn, ako sú dvojhviezdy zložené z bielych trpaslíkov, neutrónových hviezd a čiernych dier; a udalostí, ako sú supernovy, a formovanie raného vesmíru krátko po Veľkom tresku.

Výskum 
V roku 1993, Russell Alan Hulse a Joseph Hooton Taylor získali Nobelovu cena za fyziku pre objav a pozorovanie pulzaru PSR 1913+16, ktorý ponúkol prvý nepriamy dôkaz existencie gravitačných vĺn.

V roku 2017 získali Nobelovu cenu za fyziku Rainer Weiss, Kip Thorne a Barry Barish preto, že priamo detegovali gravitačné vlny.

Podľa teórie z apríla 2019 existuje efekt „gravitačno-vlnovej pamäte“ prostredia – gravitačné vlny zanechajú po prechode slabú stopu, ktorá pretrváva dlhšie a dá sa detegovať.

Detektory 
Prvé technológie na detekciu fungovali na princípe rezonancie masy, ktorá bola izolovaná od externých vibrácií. Išlo o veľké kovové valce napr. Weberov valec (1968), ALLEGRO (1991), alebo novšie guľové detektory Mario Schenberg (2003) a MiniGrail (2003). 

V 90. rokoch 20. storočia začali vznikať pozemné interferometre. Tie fungujú na princípe odrazu laseru na veľkej vzdialenosti, kde sa deteguje časové oneskorenie laseru. Najznámejšie sú LIGO a VIRGO v USA a GEO 600 v Nemecku. Od roku 2020 funguje aj KAGRA v Japonsku.   

European Pulsar Timing Array (EPTA) North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) a Parkes Pulsar Timing Array (PPTA) využívajú na detekciu gravitačných vĺn pulzary. Ide o predvídateľnosť časov príchodu impulzov z milisekundových pulzarov (MSP) a používa ich ako systém galaktických hodín. Rušenie prechádzajúcou gravitačnou vlnou bude mať konkrétny podpis v súbore pulzarov, a bude teda detegované.

Ďalšie detektory gravitačných vĺn sú plánované alebo vo výstavbe.

Pozorovania 
11. februára 2016, vedecké tímy LIGO a Virgo spoločne oznámili, že uskutočnili prvé pozorovanie gravitačných vĺn. Pozorovanie sa uskutočnilo 5 mesiacov predtým, 14. septembra 2015 pomocou detektorov LIGO. Zdrojom gravitačných vĺn bola kolízia binárnej čiernej diery GW150914 s celkovou hmotnosťou cca 62 M☉. Po tomto oznámení LIGO zaznamenal dve ďalšie udalosti. V auguste 2017, LIGO a Virgo pozorovali štvrtú gravitačnú vlnu zo zlúčenia čiernych dier a piatu gravitačnú vlnu z binárnej neutrónovej hviezdy. V roku 2020 detegovali LIGO a Virgo signál zo spojenia binárnej čiernej diery GW190521 s celkovou hmotnosťou cca 150 M☉. Zatiaľ najhmotnejší detegovaný zdroj.

5. januára 2020 bolo uskutočnené pozorovanie GW200105. Išlo o spojenie čiernej diery s hmotnosťou 9 M☉ a neutrónovej hviezdy s hmotnosťou 1,9 M☉. K zlúčeniu došlo asi 900 miliónov svetelných rokov od Zeme. Pozorovanie GW200115 zachytili 15. januára 2020. Išlo o spojenie čiernej diery s hmotnosťou 6 M☉ a neutrónovej hviezdy s hmotnosťou 1,5 M☉. K zlúčeniu došlo asi 1 miliardu svetelných rokov od Zeme.

Referencie

Pozri aj 
 detektory Virgo a LIGO

Iné projekty

Zdroj 

Gravitácia
Čierne diery
Dvojhviezdy
Všeobecná teória relativity
Gravitačná astronómia