Murowany kandydat do Nobla
Po raz pierwszy zaobserwowaliśmy fale grawitacyjne przewidziane 100 lat temu przez Einsteina w ramach ogólnej teorii względności - mówi prof. Dorota Gondek-Rosińska z Uniwersytetu Zielonogórskiego.
Wielki sukces nauki. Odkrycie na miarę Nagrody Nobla! Pani profesor w nim uczestniczyła. Na czym ono polegało?
Po raz pierwszy zostały zaobserwowane fale grawitacyjne przewidziane teoretycznie 100 lat temu przez Alberta Einsteina w ramach ogólnej teorii względności. Dzięki falom grawitacyjnym po raz pierwszy obserwowaliśmy proces zlewania się dwóch czarnych dziur i narodzin masywnej wirującej czarnej dziury.
Jak znaleźć falę w kosmosie?
Poszukiwania fal grawitacyjnych trwały wiele lat i zakończyły się spektakularnym sukcesem. W czwartek ogłoszone zostały wyniki analizy obserwacji dokonanych przez dwa amerykańskie detektory LIGO (Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory) będące częścią międzynarodowego konsorcjum LIGO-Virgo Collaboration (LVC). Detektory te wykryły fale grawitacyjne, które powstały w procesie zlewania się dwóch czarnych dziur o masach 29 i 36 mas Słońca i powstania po ich połaczeniu jednej czarnej dziury. Zjawisko trwało zaledwie dwie dziesiąte części sekundy.
Albert Einstein stwierdził, że znajdujemy się w przestrzeni kosmicznej otoczeni falami grawitacyjnymi.
Kiedy zarejestrowano to zjawisko?
Stało się to 14 września 2015 roku, a analiza i weryfikacja danych trwała cztery miesiące. W ten sposób po raz pierwszy wykryto fale grawitacyjne bezpośrednio na Ziemi, co oznacza otwarcie nowej dziedziny astronomii - astronomii fal grawitacyjnych. Prawdopodobnie przy zwiększonej czułości detektorów będziemy obserwować wiele takich zjawisk. Obserwacje te pozwolą badać własności czarnych dziur oraz testować ogólną teorię względności w silnym polu grawitacyjnym. Mamy też nadzieję obserwować innego typu źródła fal grawitacyjnych, takie jak zlewające się układy podwójne zawierające dwie gwiazdy neutronowe lub gwiazdę neutronową i czarną dziurę.
Dla laika to czarna magia. Jakie ma to znaczenie dla nauki?
To pierwsze bezpośrednie potwierdzenie istnienia czarnych dziur i układów podwójnych złożonych z czarnych dziur. Zaobserwowane własności fal grawitacyjnych są zgodne z przewidywaniami ogólnej teorii względności. Obserwacja ta jest niezwykła z kilku powodów. Zarejestrowane masy czarnych dziur są dwa do trzech razy większe od szacunkowych mas czarnych dziur dotąd otrzymywanych za pomocą klasycznych obserwacji układów podwójnych. Natomiast sam proces połączenia się czarnych dziur był najjaśniejszym kosmicznym wydarzeniem kiedykolwiek zaobserwowanym przez astronomów: przez jedną dziesiątą część sekundy zlewające się czarne dziury były obiektem około 100 razy jaśniejszym niż wszystkie galaktyki w całym obserwowalnym wszechświecie.
Nagrodę Nobla dostali naukowcy już za pośrednie potwierdzenie fal grawitacyjnych...
Istnienie fal grawitacyjnych zostało potwierdzone pośrednio dzięki obserwacjom układu PSR1913+16 składającego się z dwóch krążacych wokół siebie gwiazd neutronowych, z których jedna jest pulsarem. Dzięki wieloletnim obserwacjom wyznaczono tempo zacieśniania się orbity tego układu, które jest w dużej zgodności z utratą energii spowodowanej emisją fal grawitacyjnych. Za odkrycie i badanie układu dwóch zwartych obiektów, jakimi są gwiazdy neutronowe, w 1993 roku Russel Hulse i Joseph Taylor otrzymali Nagrodę Nobla.
Teraz mogliśmy te fale zobaczyć?
Fale grawitacyjne zostały odkryte dzięki unowocześnionej wersji dwóch detektorów LIGO ( znajdujących się w Hanford i Livingston w USA) , które są czterokrotnie bardziej czułe niż detektory pierwszej generacji. Ramiona tych detektorów maja 4 km długości. Odkrycie spowodowało, że otworzyło się nowe okno na wszechświat!
Długo trzeba było czekać, by zobaczyć czarne dziury?
Zaraz po uruchomieniu detektorów zaobserwowaliśmy zjawisko zderzania się dwóch czarnych dziur. Obserwowaliśmy okrążające się dwie czarne dziury na ułamki przed zderzeniem oraz sam proces łaczenia się czarnych dziur i powstawania wirującej czarnej dziury. To niezwykłe zjawisko trwało około 200 ms.
Ilu naukowców bierze udział w tych eksperymentach?
Ponad tysiąc w LIGO (15 krajów, 80 instytutów) i około 250 w Virgo (5 krajów,19 instytutów).
Ma w nich swój udział Polska?
W pracach konsorcjum LVC biorą udział polscy naukowcy skupieni w grupie POLGRAW, która jest członkiem projektu Virgo. Liderem grupy jest profesor Andrzej Królak z Instytutu Matematycznego PAN w Warszawie. W skład grupy wchodzą naukowcy z Instytutu Matematycznego PAN, Centrum Astronomicznego PAN, Narodowego Centrum Badań Jądrowych, Uniwersytetu Zielonogórskiego, Uniwersytetu w Białymstoku, Uniwersytetu Warszawskiego oraz Uniwersytetu Wrocławskiego. Polscy naukowcy zajmują się analizowaniem danych zbieranych przez detektory LIGO i Virgo, a w szczególności modelowaniem sygnałów wywołanych przez fale grawitacyjne ze zlewających się układów podwójnych czarnych dziur i gwiazd neutronowych.
Jest pani profesor warszawianką. Tam pani studiowała, a w Centrum Astronomicznym PAN zrobiła pani doktorat… Potem było paryskie obserwatorium. Dlaczego więc zdecydowała się pani profesor związać z UZ?
Będąc w Paryżu w 2007 roku brałam udział w konkursie w ramach programu Fundacji na rzecz Nauki Polskiej FOCUS. Wygrana dała mi swobodę wyboru ośrodka, w którym tworzyć będę swój zespół naukowy i budować klaster komputerowy. Wybrałam Zieloną Górę z trzech powodów. Po pierwsze zachęcił mnie do tego zespół astrofizyków, zajmujący się pulsarami, gwiazdami neutronowymi. Drugim czynnikiem był kierunek astrofizyka komputerowa, a więc dobrze przygotowani studenci. Prowadząc zajęcia z nimi mogłam wybrać najlepszych i zaprosić do współpracy. Po trzecie duże znaczenie miała też osoba prof. Janusza Gila, ówczesnego dyrektora Instytutu Astronomii UZ, który w świecie nauki był autorytetem w dziedzinie pulsarów i nie tylko. Miał też taką charyzmę i siłę przekonywania, że trudno byłoby wybrać inny niż Zielona Góra ośrodek.
Dziękuję bardzo za rozmowę. Gratuluję sukcesu! I czekamy na... Nobla.
Albert Einstein stwierdził, że znajdujemy się w przestrzeni kosmicznej otoczeni falami grawitacyjnymi. Zderzenia czarnych dziur, gasnące i wybuchające słońca, wirujące pulsary - wszystkie te kosmiczne wydarzenia tworzą takie fale, które docierają do nas i mają wpływ na czasoprzestrzeń. Ich badanie jest niesłychanie trudne, bo są bardzo słabe. Używając obrazowego porównania, są dla czasoprzestrzeni tym, czym dla tafli wody „koła”, powstające po wrzuceniu kamienia.