ČVUT – Fakulta elektrotechnická pořádá pravidelné Fyzikální čtvrtky ČVUT a tentokrát na 462. přednášce prof. Petr Kulhánek z katedry fyziky uvedl Základní informace k detekci gravitačních vln (www.aldebaran.cz), které byly detekovány 14. září 2015 a objev byl zveřejněn 11. února 2016 ve Washingtonu.
Základem je Einsteinova geometrická teorie gravitace, se kterou seznámil Pruskou akademii věd v listopadu 1915. Podle ní každé těleso okolo sebe zakřivuje čas a prostor a rotující nesymetrická tělesa mohou vytvořit gravitační vlny, periodické záhyby v předivu času a prostoru. Je to podobné, jako vlnění na rybníce, zde se však nevlní povrch tělesa, ale samotný časoprostor. Vysílající těleso přitom musí být nesymetrické, tj. musí mít nenulový kvadrupólový moment (nesmí jít o kouli nebo elipsoid), a pouze tehdy může vyvářet vlny. Může jít o explozi supernovy, ale také o dvě tělesa které obíhají okolo sebe, například dvě hvězdy, černé díry apod. Pokud po určité době obě černé díry splynou, kvadrupólový moment vymizí, a s ním pak i vysílané vlnění.
První potvrzení gravitačních vln
Gravitační vlny byly objeveny v 70. letech 20 století. Tehdy šlo o nepřímý důkaz, a sice na dvou neutronových hvězdách. Obě byly nepatrně hmotnější než Slunce a byly od sebe vzdáleny 700 000 km. Šlo o „dokonalou relativistickou laboratoř“. Russel Hulse a Joseph Taylor zjistili, že oba objekty se přibližovaly o 1 mm za na jeden oběh a tím se perioda oběhu snižovala o více než sekundu za rok (což už bylo měřitelné). Hulse s Taylorem za výzkum tohoto podvojného systému dostali Nobelovu cenu v roce 1993.
Současné systémy pro měření gravitačních vln
V současné době se tyto jevy měří interferometricky na základě rozdělení laserového paprsku do dvou kolmých ramen, v nichž se sleduje poloha koncových zrcadel. Detektor musí být opravdu velký. Měření dnes probíhá na více zařízeních na Zemi. Jedním je LIGO – Laser Interferometry Gravitational-Wawe Observatory s čtyřkilometrovými rameny. Zařízení byla postavena dvě, jedno v Hanfordu a druhé v Livingstonu (3 500 km od sebe). V letech 2010 až 2015 proběhla rozsáhlá rekonstrukce, při níž byl například zvýšen výkon jeho laseru z 10 W na 200 W, zvýšena hmotnost zrcadel, vyměněn antiseismický systém, vakuový systém i veškerá optika.
Přímý důkaz gravitačních vln v roce 2015
Vlastní měření proběhlo v Hanfordu i v Livingstonu. Byly zjištěny gravitační vlny vysílané dvěma okolo sebe obíhajícími černými dírami (29 a 36 hmotností Slunce). K jejich sloučení nakonec došlo pozemského času 14. září 2015. Výsledkem byl balík gravitačních vln, který byl detekovaný na obou zařízeních.. Oba systémy dosáhly přesnosti měření na téměř 10–18 metru. Vzdálenost černých děr od nás byla 1,3 x 109 světelných roků, takže jsme se dívali zhruba do desetiny vzdálenosti viditelného vesmíru.
Více informací bude poskytnuto na přednášce v neděli 22. února 2016, od 16 hodin, ve Štefánikově hvězdárně v Praze na Petříně.
