Космическата музика на Айнщайн

Засичането на гравитационни вълни предоставя на учените нов начин да изследват Космоса

Представете си за миг, че знаете за съществуването на звука и звуковите вълни, но никога не сте имали възможности да чуете каквото и да било. Песента на птиците, шуртенето на поточетата или пък симфониите на големите композитори като Бах, Бетовен или Моцарт. Макар и доста метафорично, горе-долу така може да се представи светът на теоретичните физици. Гениалните учени като Алберт Айнщайн и Стивън Хокинг са хората, които само описват за наличието на определени звуци и се опитват да ги представят на хората, докато останалите се опитват да намерят начини, за да чуят наистина. На последните им отнема десетилетия, векове или може изобщо да не успеят да го постигнат. Това е и основният проблем на теоретичната физика – в основата си тя се базира на хипотези и сложни математически и физически изчисления, но възможността те да се докажат на практика понякога клони към нула. Над столетие след като Алберт Айнщайн излиза с неговата популярна Обща теория на относителността, за пръв път учените имат възможността да видят дали ще издържи при наблюдение на космически процеси.

Изследователите от Лазерната интерферометрична обсерватория за гравитационни вълни (LIGO) успяват да засекат гравитационните вълни на две черни дупки в отдалечена на 1.3 млрд. светлинни години галактика. Откритието потвърждава хипотезата на Айнщайн за деформации във време-пространството, която беше поставена през 1916 г. За научния свят събитието е огромно, защото не всеки ден се потвърждават предположения от теоретичната физика на практика. От друга страна, то им отваря изцяло нов начин, по който да изследват тайните на Вселената.

Песента на черните дупки

През изминалата седмица международен екип от астрофизици обяви, че с помощта на специална нова и подобрена апаратура са засекли гравитационните вълни, породени от сблъсъка на две черни дупки. Това е един от начините да се постигне изкривяване на време-пространството, което се разпространява в пространството и пренася гравитационна радиация. Това е същността на гравитационните вълни. Конкретните черни дупки се намират извън нашата галактика, отдалечени на 1.3 млрд. светлинни години. Всяка от тях има маса поне 30 пъти повече от тази на Слънцето, но диаметърът им е едва по 100 км всяка. При сблъсъка им при сливането им в една черна дупка учените са засекли сигнал, който потвърждава наличието на гравитационни вълни. За да могат да представят по-добре данните, изследователите я трансформират в звукова такава. Така буквално ние можем да чуем как се сливат две черни дупки.

"Едно е да знаем, че звуковите вълни съществуват, друго е да чуем "Петата симфония" на Бетовен", коментира Марк Камионковски, физик от университета "Джон Хопкинс", цитиран от Sci-Tech Today. "В случая ние чуваме как две черни дупки се сливат", допълва той.

Свръхчувствителност

Самият сигнал е доста бегъл, а като звуков файл е едва доловим, дори и като е усилен максимално. Това се дължи на факта, че дори при сблъсъка на две черни дупки отделените гравитационни вълни са доста малки, особено когато пропътуват милиони светлинни години. Което прави тяхното засичане доста трудно и затова на учените отнема толкова време за изграждането на правилните сензори. Историята започва в края на 70-те години на миналия век, когато Националната научна фондация предоставя финансиране на Калифорнийския и на Масачузетския технологичен институт да разработят идеи за създаването на подобна лаборатория, която да може да осъществи това. Така 20 години по-късно е създадена LIGO, която започва своята работа през 2002 г. Но след години опити учените разбират, че трябва да я модернизират. Надграждането приключва през септември миналата година и почти веднага достигат до откритието, което представиха през изминалата седмица. Настроенията на екипа са, че LIGO ще продължи да засича подобни сигнали.

"Ние сме уверени, че ще засечем още подобни сигнали", коментира Жаболч Марка, член на международния екип, който работи по откритието на LIGO, цитиран от Sci-Tech Today.

Въпросите се трупат

Постиженията на учените може да дават доказателства за хипотезите на Айнщайн, но също така повдигат все повече въпроси.

"Гравитационните вълни променят начина, по който изследваме Космоса, и възможността да ги засичаме ще доведе до революция в астрономията", коментира Стивън Хокинг в интервю за BBC. Това е така, защото към традиционните за момента наблюдения на далечния Космос астрономите използват различни части от електромагнитния спектър – видима светлина, инфрачервени и рентгенови лъчи. Със засичането на гравитационните вълни се добавя нов метод за изследване на отдалечените кътчета на Вселената. Но Хокинг добавя, че откритието ще озадачи астрофизиците. Първата мистерия е свързана с двете черни дупки. Техните маси са значително по-големи спрямо очакваните за образувани след избухване на свръхнови. Всъщност откритието на LIGO може да внесе малко светлина по отношение на формирането, еволюцията и естеството на черните дупки - област, в която учените предстои да откриват нови неща.

Втората загадка идва малко след засичането на гравитационните вълни - за части от секундата се появява и силно рентгеново излъчване от същата посока. Макар учените да не могат да определят с абсолютна точност дали източниците на двете излъчвания са един и същи, те предполагат, че става дума за едно и също събитие. Има вероятност да е фалшива тревога, защото излъчването е доста кратко и не толкова силно. Но ако то е реално и идва от същото място, то тогава научните екипи трудно могат да си обяснят появата му. Не би трябвало да има подобен сигнал в рентгеновия спектър.

"Това представлява реален проблем, не очакваме такова излъчване при сливането на две черни дупки", коментира Валери Кънигтън, част от екипа към телескопа Fermi на NASA, цитиран от сайта New Scientist. Учени предполагат, че подобно нещо може да се случи, ако двете черни дупки се сблъскват в ядрото на огромна звезда и по този начин се образува мощно изригване на подобни частици. Всъщност подобни хипотези показват колко много въпроси и неизвестности реално повдига откритието на лабораторията LIGO. Разгадаването им пък може да отнеме десетилетия, както например отне потвърждението на части от теорията на Айнщайн. 

Откритието на гравитационните вълни е голямо събитие, защото рядко се доказват фундаментални елементи от теоретичната физика чрез наблюденията или изследвания на реални събития. Но и защото открива нови хоризонти и възможности в изследването на дълбокия Космос. Чрез които да започваме да "слушаме" тайните на Вселената и идеите на Айнщайн.         

Още от Капитал