Prošlo je godinu dana otkako je LIGO objavio rezultate prvog prijema gravitacionih talasa. Rezultati drugog, sličnog posmatranja objavljeni su u junu prošle godine. Osim direktne potvrde postojanja gravitacionih talasa ova otkrića su značajna i kao novi metod da se „vide“ crne rupe.
Pogledajmo šta su LIGO opservatorije zabeležile.
Ilustracija signala: "Zvuk" spajanja crnih rupa.
Dva LIGO detektora registrovala su signale sa malom vremenskom razlikom koja je omogućila fizičarima da grubo odrede iz kog pravca su stigli. Ta razlika se najlakše vidi na ovoj slici ako se uporede oblici talasa blizu oznake za „0.9“. Male razlike u obliku talasa su rezultat statističke obrade svakog od dva signala ponaosob. Ne zaboravimo da su se LIGO ogledala pomerila samo za rastojanje manje od prečnika jednog protona! Preko trideset godina iskustva, upornih poboljšanja i novih otkrića omogućila su LIGO fizičarima i inženjerima da izmere tako malo pomeranje.
To pomeranje je na svakom detektoru razlika između dva rastojanja pod pravim uglom. Drugim rečima, uzrok pomeranja je bio proces koji je jednu dužinu skratio a onu na nju ortogonalnu istovremeno produžio. Tačno tako baš radi gravitacioni talas!
Zabeleženi potresi su bili kratki, sve skupa oko 0.2 s. Ali lepo se vidi sa gornje slika da signal ima formu talasa čiji period se rapidno smanjivao. To je ilustrovano na y-osi gde se vidi kako se sa vremenom povećavala frekvenca signala.
Takav oblik signala sugeriše da izvor ovih gravitacionih talasa nije bilo nešto eksplozivno, kao supernova, već dve mase koje se približavaju i spajaju rapidno kružeći jedna oko druge. Period talasa je orbitalni period takvog para. Kad su u pitanju ovako male vrednosti perioda i uz to još njegov brzi pad, to može da bude samo spajanje kompaktnih objekata kao što su neutronske zvezde ili crne rupe.
(Ko se seća Trećeg Keplerovog zakona može da napravi laku procenu. Uzmimo zgodnu za račun vrednost od 32 Hz za frekvencu, što odgovara periodu od otprilike 0,03 sec ili jednom bilionitom delu godine (10-9). Kvadrat perioda daje faktor 10-18, pa kada izvučemo kubni koren za međusobno rastojanje dobijamo faktor 10-6. To znači da ako imamo dva objekta sa masama jednakim ili sličnim Suncu, da su oni u orbiti poluprečnika koji je milion puta manji od rastojanja Zemlje i Sunca, tj. da iznosi samo oko 150 km! To je pretesno za orbitu dve zvezde. Samo objekti koji su mali a masivni, kao neutronske zvezde ili crne rupe, mogu da budu u orbiti sa ovako malim periodom.)
Detaljno modeliranje ovog signala, koristeći jednačine Teorije relativnosti i vrhunske, vešte metode računarske fizike, pokazalo je da se radi o orbiti dva objekta sa masama od 29 i 36 masa Sunca. Zvezde super-džinovi tako velikih masa imaju i velike razmere i ne mogu da priđu jedna drugoj tako blizu, a neutronske zvezde ne mogu da imaju masu veću od 3 puta mase Sunca. Jedina mogućnost su crne rupe, i taj model potpuno opisuje primljene signale.
Šta više, mala talasasta linija na kraju signala pokazuje takozvano „poslednje zvono“ (ringdown), što je očekivana emisija gravitacionih talasa kojom oblik novo formirane crne rupe gubi početnu asimetriju i postaje vretenast, što je stabilno, simetrično stanje rotirajuće crne rupe.
Kako se novi horizont formira signal iz njegove blizine putuje do nas sve duže i duže, postaje sve slabiji, i gubi se u šumu prijemnika, kako se vidi na slici. Horizont svake crne rupe je granica svemira.
Značaj otkrića primordijalnih gravitacionih talasa
Ukratko o LIGO, opservatoriji koja je zabeležila gravitavcione talase