Astrofizikai euforijoje – pirmąsyk istorijoje pavyko užfiksuoti ne tik gravitacines bangas, bet ir tuo pačiu metu stebėti šių bangų šaltinio, dvejų neutroninių žvaigždžių susidūrimo, skleidžiamą šviesą.
Šis įvykis, aptiktas daugiau nei 70 teleskopų bei gravitacijos bangų observatorijų, mokslininkams ne tik suteikia naujų atsakymų apie Visatos plėtimąsi bei astrofizikinių reiškinių savybes, bet ir užduoda naujų klausimų.
Gandai apie užfiksuotą unikalų kosminį įvykį (pavadintą GW170817) – dvejų neutroninių žvaigždžių susidūrimo sukeltas gravitacines bangas, sklido jau kurį laiką.
Tačiau tik pirmadienį „LIGO-Virgo“ konsorciumo (Pažangios lazerinio interferometro gravitacijos bangų „LIGO“ ir Europos kosmoso agentūros „Virgo“ observatorijos) mokslininkai publikavo tyrimą ir paskelbė, kad išties užfiksavo už šimtų milijonų šviesmečių įvykusį kataklizmą ir kartu su juo pasklidusias gravitacines bei elektromagnetines bangas.
Neutroninės žvaigždės – mažiausios (iki keliasdešimties kilometrų) ir tankiausios (1,4–3 mūsų Saulės masės) žvaigždės, egzistuojančios Visatoje bei atsirandančios sprogus supernovoms.
Dvi tokios, vos 30 km dydžio, esančios už 130 mln. šviesmečių Hidros žvaigždyne, jau kurį laiką buvo susikibusios į mirtiną šokį ir skriejo skiriamos vos 300 kilometrų atstumu. Galop jos susidūrė, o prieš pat susiduriant iškreipė erdvėlaikį, taip paskleisdamos galingas gravitacines bangas, kurias ir užfiksavo mokslininkai.
Tačiau skirtingai nei fiksuojant gravitacines bangas paliekamas besijungiančių juodųjų skylių (apie tai šiek tiek žemiau), mokslininkai šįsyk galėjo stebėti šį astronominį reiškinį, kuris įvyksta vos kartą per 80 tūkst. metų ir teleskopais, kadangi po susidūrimo, vietoje neutroninių žvaigždžių likusi karšta materija išspinduliavo ir elektromagnetines bangas – mums matomą šviesą.
Kaip teigia Fizinių ir technologijos mokslų centro astrofizikas Kastytis Zubovas, gravitacinės bangos yra visiškai kitoks būdas gauti informaciją apie kosmosą, nei mums įprastos elektromagnetinės bangos.
Todėl šis atradimas svarbus yra dvejopai: tai tuo pačiu ir kitoks gravitacinių bangų šaltinis, nei anksčiau atrasti (gravitacinių bangų signalą paskleidė neutroninės žvaigždės, o ne juodosios skylės), tad bus galima patikrinti dvinarių žvaigždžių evoliucijos bei gravitacinių bangų sklidimo modelius, kurių nebuvo galima patikrinti turint vien juodųjų skylių paskleistus signalus.
Ir pirmas kartas, kai iš vieno šaltinio užfiksuotos gravitacinės ir elektromagnetinės bangos.
Elektromagnetinių bangų signalo – gama spindulių žybsnio – egzistavimas leidžia nagrinėti tą patį objektą dviem būdais, o tai, anot K. Zubovo, gali duoti pradžią didžiuliams atradimams.
Kas tos gravitacinės bangos ir kaip jos atsiranda?
Dar prieš šimtmetį Albertas Einšteinas bendrojoje reliatyvumo teorijoje numatė gravitacinių bangų egzistavimą – labai silpnus, energiją nešančius ir šviesos greičiu sklindančius erdvėlaikio bangavimus arba dar kitaip raibulius (įsivaizduokite raibuliuojantį vandens paviršių įmetus akmenuką), kuriuos sukelia galingiausi visatos energetiniai reiškiniai: sprogstančios žvaigždės ar itin didelės masės objektai besisukantys link susidūrimo.
Įvykus tokiam susidūrimui aplinkui esantis erdvėlaikis išsikreipia ir juo pasklinda gravitacinės bangos, kurios keliaudamos kosmosu, bet kurių dviejų objektų tarpusavio atstumą tai sumažina, tai padidina.
Ir nors minimi atstumo pokyčiai tarp objektų yra neįtikėtinai maži, gabiausiems planetos protams pavyko sugalvoti ir sukonstruoti prietaisą šiems skirtumams tiesiogiai užfiksuoti – interferometrą. Pamenate Didįjį hadronų priešpriešinių srautų greitintuvą?
Interferometras taip pat nemažas. „LIGO“ observatorijose (jos yra dvi) itin tikslaus lazerio šviesa padalinama į du spindulius, nukreipiamus 4 km ilgio tuneliais, statmenomis kryptimis.
Kadangi tuneliai identiški, o lazerio spindulių nukeliaujami atstumai tokie pat, detektorius pajėgus fiksuoti pokyčius Žemę kertant gravitacinėms bangoms, kadangi tuomet tuneliai deformuojami – nežymiai ištempiami arba sutraukiami ir lazerių matuojami atstumai pakinta.
Taip 2015-ųjų rugsėjį JAV mokslininkų komandai iš „LIGO“ observatorijos pirmą kartą istorijoje pavyko tiesiogiai užfiksuoti gravitacines bangas, kurias sukėlė dviejų juodųjų bedugnių susidūrimas.
Šis susidūrimas buvo toks stiprus, kad net ir po 1,3 mlrd. metų jo sukeltos gravitacinės bangos vis dar sklinda per visatą (mokslininkai mano, kad visata vis dar sklinda ir pirmosios gravitacinės bangos, pasklidusios kartu su Didžiuoju sprogimu).
Kartu mokslininkams pavyko įrašyti ir juodųjų skylių susidūrimo garsą bei apytikriai spėti iš kurio dangaus regiono šios bangos atsklido, rašo „The New York Times“. Vėliau sekė ir kiti atradimai, o prie LIGO observatorijų jutiklių buvo prijungtas ir Europos kosmoso agentūros VIRGO observatorijos jutiklis. Dirbant kartu aptikti dar dveji gravitacinių bangų šaltiniai, sukelti besijungiančių juodųjų bedugnių.
Atsakyti seni ir iškilę nauji klausimai
Pasak „LIGO-Virgo“ konsorciumo nario, lietuvio Ronaldo Maco, svarbiausias klausimas į kurį padėjo atsakyti užfiksuotas neutroninių žvaigždžių susidūrimas – trumpųjų gama žybsnių kilmė.
Prieš daugmaž 50 metų JAV karinis palydovas, stebėdamas atominių ginklų eksperimentus, visai netikėtai aptiko gama žybsnius, sklindančius iš kosmoso. Vėliau išsiaiškinta, kad tai yra vieni iš energingiausių žybsnių Visatoje, tačiau jų kilmė nebuvo galutinai patvirtinta iki šiol.
„Ilgai įtarinėjome, kad trumpieji gama spindulių žybsniai yra skleidžiami susiduriant neutroninėms žvaigždėms. Dabar, turėdami gravitacinių bangų duomenis, turime tikrą atsakymą.
Gravitacinės bangos mums pasako, kad besijungiančių objektų masės atitinka neutroninių žvaigždžių masių spektrą, o gama spindulių žybsnis mums pasako, kad šie objektai vargu ar gali būti juodosios skylės, nes nesitikima, kad susiduriant juodosioms skylėms bus išmetamos šviesos bangos“, – išplatintame pranešime spaudai teigia mokslininkė Julie McEnery, dirbanti NASA Goddardo kosminių skrydžių centre.
Kitas itin svarbus klausimas – neutroninių žvaigždžių savybės ir struktūra. Egzistuoja daugybė modelių, aprašančių neutronines žvaigždes, tačiau lyg šiol nežinota, kuris yra arčiausiai tiesos.
Turint vos vieną neutroninių žvaigždžių gravitacinių bangų signalą jau galima atmesti keletą itin drastiškų modelių, o ateityje – po papildomų stebėjimų, bus galima dar tiksliau nustatyti neutroninių žvaigždžių savybes.
Dar svarbiau tai, kad observatorijų jutiklių aptiktos, dviejų neutroninių žvaigždžių susidūrimo paskleistos, gravitacinės ir elektromagnetinės bangos tyrėjams leido dar iki šiol neregėtu tikslumu patikrinti ar gravitacija sklinda šviesos greičiu, o taip pat iš naujo įvertinti ar teisingas Hubble dėsnis, teigiantis, kad galaktikų tolimo greitis yra proporcingas jų nuotoliui nuo stebėtojo.
Nors gauti rezultatai nėra itin tikslūs, jau aišku, kad jie neprieštarauja iki šiol esančiai vertei – apie 70 km / s / Mpc (Hablo konstantos skaitinė vertė lygi tolimo greičio pokyčiui, padidėjus atstumui iki galaktikos 1 megaparseku, red. pastaba), teigia R. Macas.
Kalbant apie nustebinusius dalykus, anot R. Maco, mokslininkus suglumino gama žybsnio stiprumas. Stebėtasis trumpasis gama spindulių žybsnis buvo vienas iš artimiausių Žemei iš visų stebėtų iki šiol, tačiau tuo pačiu buvo neįtikėtinai silpnas – maždaug tūkstantį kartų silpnesnis nei įprastai.
Tad mokslininkams teks peržiūrėti dabartinius gama žybsnių spinduliavimo modelius ieškant atsakymo. Tuo pačiu pasvarstyti: kiek panašių, itin silpnų, gama žybsnių teleskopai neužfiksavo manant, jog jie negali būti tokie silpni?
Apibendrinant norisi atsakyti ir į klausimą – kas iš to?
Pasak K. Zubovo, gravitacinių bangų atradimas jau padėjo įrodyti, kad juodosios skylės egzistuoja. O tolimesni tyrimai šioje srityje padės surinkti daug naujos informacijos apie tuos dangaus kūnus, kurie neskleidžia elektromagnetinių bangų.
R. Maco manymu, šiuo metu gravitacinių bangų tyrinėjimas kartu su elektromagnetinėmis bangomis yra fundamentalių klausimų lygyje, leisiančiame ilgainiui geriau suprasti aplink mus esančią aplinką.
Taip pat, gravitacinių bangų jutikliai – patys jautriausi žmonijos sukurti prietaisai, tad norint pasiekti tokį tikslumą, mokslininkai ir inžinieriai privalėjo išrasti naujas technologijas, kurios vėliau bus plačiai naudojamos industrijoje.
