Zaznali še en ton v zvočnem traku kaotičnega vesolja

Kdo bi si mislil (razen seveda znanstvenikov, ki vedo, s kakšno opremo imajo danes opravka), da bo odkritje, na katero so astrofiziki čakali kar sto let, dobilo naslednika že čez štiri mesece. Po februarski objavi novice o odkritju stoletja, o zaznavi gravitacijskega vala, so na ameriški astronomski konferenci pred dnevi postregli z dokazi, da so zaznali že drugi gravitacijski val.

In da je, vsaj za laično javnost, presenečenje še večje, so dodali napoved, da utegne temu valu kmalu slediti še eden in nato še eden ... Skratka, povedali so, da bo nevidno, a od februarja naprej slišno zaznavno silno nasilje v vesolju bržkone precej pogosto. Gravitacijski val, to je širjenje in krčenje vesoljskega prostora in časa od njegovega vira, ki ga nikakor ni mogoče videti, mogoče pa ga je slišati, namreč nastane ob silovitem trku dveh neznansko velikih mas, ponavadi črnih lukenj.

Ta pojav je v splošni teoriji relativnosti leta 1916 napovedal znameniti fizik Albert Einstein, vendar ni verjel, da ga bo mogoče sploh kdaj zaznati. Predvidel je, da se ob trku dveh zelo gostih mas, kot so črne luknje ali pa nevtronske zvezde, sprosti ogromno energije, ki ukrivi prostor-čas in njegovo nihanje, ki se kot valovanje širi stran od izvora. Ob tem gravitacijski val teoretično prenaša energijo v obliki gravitacijskega sevanja, ki ga v nasprotju z drugimi sevanji na njegovi poti po vesolju prav nič ne more ustaviti.

Sredi lanskega septembra, skoraj sto let za tem, ko ga je Einstein teoretično napovedal, smo ga na Zemlji tudi prvič slišali. Da je šibak signal, ki so ga zaznali v observatoriju LIGO v ZDA, zares gravitacijski val, ki priča o trku dveh velikih črnih lukenj pred 1,3 milijarde leti, so nato potrdili februarja.

Vesolje kakor rjuha

Kakšno je to gravitacijsko valovanje, ki ga ni mogoče videti? Z veliko rjuho, ki jo je prinesla na tiskovno konferenco, je to poskušala pojasniti doktorica fizike Gabriela Gonzalez z državne univerze v Louisiani, ki jo je doletela čast, da je prva oznanila veliko odkritje.

»Če si vesolje predstavljamo kot velikansko rjuho, na katero položimo težko kroglo, bo ta upognila del rjuhe okrog sebe,« je nazorno razlagala Gonzalezova. »Če nato proti njej zakotalimo še eno kroglo, je ne bo obšla v ravni črti, temveč bo začela krožiti okoli nje. S približevanjem druge krogle prvi bo rjuha začela valovati, dokler se krogli ne bosta dotaknili oziroma trčili.« V vesolju sta taki krogli ponavadi črni luknji in nevtronski zvezdi.

Tega valovanja, kot že rečeno, ne moremo videti, lahko pa ga slišimo, kot vemo od februarja. In kot je znanstvenikom znano in so pred dnevi sporočili tudi širši javnosti, ga bomo verjetno slišali še večkrat.

Jazz, blues ali le ščebet

Zdaj, drugič, so ga astrofiziki zaslišali kot visok ščebet. »Gravitacijska glasba,« je ščebet, ki so ga predvajali na tiskovni konferenci, opisala Gabriela Gonzales. Zaslišali so ga na božično noč in tedaj ga je mednarodna skupina znanstvenikov, ki ga je prva slišala, opisala kot vesoljski jazz, morda z malo dodatka klasične glasbe.

»Ta prisluha, še zlasti prvi, sta nekaj najmogočnejšega, kar smo zaznali po velikem poku,« je o odkritju dejala Janna Levin, profesorica fizike z Barnardovega kolidža in avtorica knjige Blues črnih lukenj in druge pesmi iz zunanjega vesolja.

Znanstveniki so prvič zaslišali signal vesoljskega trka po tistem, ko so usposobili dobro milijardo dolarjev vreden par instrumentov s kratico LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory). Ta je zasnovan tako, da zna razbrati morebitno krčenje ali širjenje prostora, kjer je postavljen. Sestavljajo ga osrednja zgradba in dve štiri kilometre dolgi vakuumski cevi, ki imata na vsakem koncu ogledalo, v katero sveti laser. Njegova naloga je ves čas preverjati, ali svetloba do ogledala potuje v istem času. Drugače povedano, laser preverja, ali štirje kilometri res ves čas merijo štiri kilometre. Če svetloba do ogledala v nekem trenutku potuje več ali manj časa kot ponavadi, je to znak gravitacijskega valovanja.

Ko so lani prvič naleteli na tak signal, niso bili povsem prepričani, ali morda ni zgolj plod srečnega naključja, »ki se zgodi enkrat v življenju in nikoli več«, ali pa bomo vendarle naleteli na še več gravitacijskih valov in jih morda celo kar pogosto slišali.

»Dogodek, ki smo ga zaznali konec decembra, priča, da niti ne preveč daleč proč nastaja precej trkov črnih lukenj,« meni fizik Chad Hanna z državne pensilvanske univerze. Hanna je eden od več kot tisoč znanstvenikov, ki so sodelovali pri pisanju študije – to so predstavili na astronomski konferenci prejšnji teden in objavili v reviji Physical Review Letters. »Vesolje je polno silovitih trkov, ki oddajajo ogromno energijo,« je prepričan.

Tak trk se lahko vsakih nekaj sto milijonov let zgodi tudi v naši Rimski cesti, toda zdaj, ko smo sposobni slišati signale še iz drugih galaksij, lahko pričakujemo, da bomo slišali vse več tonov, napovedujejo astronomi. Astrofizik Szabolcs Marka s kolumbijske univerze, član raziskovalne skupine, ki je odkrila ta drugi gravitacijski val, je celo dejal, da je bilo prvo odkritje podobno, kot če greš ven in na ulici najdeš stodolarski bankovec. Torej srečno naključje.

Toda drugo odkritje tako hitro po prvem pa že kaže na verjetnost, da bomo kmalu slišali še več takih valov. Po njegovih besedah celo ne bo presenečen, če bomo, potem ko bomo še izboljšali instrumente, nov gravitacijski val zaznali kar vsak teden.

»Lahko že rečemo, da to ni več redek dogodek. Pravzaprav sem prepričana, da to nikoli niso bili redki dogodki, le slišati jih nismo mogli, dokler nismo izdelali ustreznih naprav,« meni Gonzalezova.

Vesoljski crescendo

Drugi val, ki so ga zaznali konec decembra in poročilo o njem objavili pred dnevi, je posledica trka, ki se je zgodil 1,4 milijarde svetlobnih let daleč od nas. Pri tem drugem zaznanem trku sta trčili manjši masi kot pri prvem, ko sta verjetno trčili dve izredno veliki črni luknji. Po oceni raziskovalcev sta bili tokrat črni luknji zmerne velikosti, in sicer je ena imela 14-kratno, druga pa 8-kratno maso našega Sonca. Ko sta trčili, sta sprožili nevidno valovanje v prostor-času, kot če bi nekaj zatreslo mrežo.

Znanstveniki nimajo nobenega načina, da bi to valovanje videli. Na Zemlji ga lahko zaznamo le po neznansko šibkih odstopanjih v razcepu laserskih žarkov v detektorjih v Hanfordu v ameriški državi Washington in v Livingstonu v Louisiani. To odstopanje je vibracija, ki jo znanstveniki lahko slišijo kot ton; tega so tudi predvajali na novinarski konferenci prejšnji teden. Ta drugi, božični ton je bil šibkejši od prvega, vendar je trajal dlje. Marka ga je opisal z glasbenim izrazom crescendo , vedno glasneje, Levinova pa ga je primerjala z udarcem na boben in oglašanjem kita.

To pa nista bila edina tona. Znanstveniki sumijo, da so še enega zaznali oktobra, vendar niso povsem prepričani, zato tega še niso objavili. Je namreč 15 odstotkov verjetnosti, da tretji ton ni gravitacijski val. Za primerjavo: pri božičnem tonu je verjetnost, da ni resnični gravitacijski val, zgolj 1 proti 3,5 milijona.

Gravitacijske valove že lahko imamo za nov način učenja o vesolju, je prepričan fizik Clifford Will s floridske univerze, ki ni bil član raziskovalne skupine. »To zadnje odkritje mi kaže, da je v vesolju velik orkester, katerega glasbo smo šele začeli poskušati.«