Fale dotarły do Nobla
Połowę nagrody pieniężnej (9 mln koron szwedzkich) otrzymał Rainer Weiss, drugą połową podzielą się Kip S. Thorne oraz Barry C. Barish. Ten werdykt szwedzkiej Akademii Noblowskiej jest niemal dokładnie taki, jaki przewidywaliśmy w raporcie na temat poszukiwania fizycznej teorii wszystkiego w październikowym wydaniu MT, wymieniając odkrycie fal grawitacyjnych wśród głównych kandydatur do Nobla. Napisaliśmy wówczas m.in.:
"Jednym z często wymienianych kandydatów do tegorocznego fizycznego Nobla jest prof. Rainer "Rai" Weiss. To współwynalazca techniki interferometru laserowego, wykorzystanego w LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) - detektora fal grawitacyjnych, mającego na koncie już trzy potwierdzone rejestracje fal grawitacyjnych. LIGO stanowi wspólne przedsięwzięcie naukowców z MIT, instytutu Caltech i wielu innych szkół wyższych. Projekt jest sponsorowany przez National Science Foundation. Idea budowy detektora powstała w 1992 r., a jego pomysłodawcami byli Kip Thorne i Ronald Drever z Caltech oraz właśnie Rainer Weiss z MIT. Drever, niestety, umarł w marcu br., ale pozostali dwaj mogą się w październiku znaleźć na liście laureatów."
Nie wspomnieliśmy o Barishu, bo potencjalnych kandydatów "na doczepkę" była cała armia. Nie ulega jednak wątpliwości, że ów trzeci Noblista w dużej mierze przyczynił się do przełomowego odkrycia. Wprowadził wiele udoskonaleń projektu, również w kwestiach organizacyjnych: m.in. zdobył fundusze z Narodowej Fundacji Nauki na konstrukcję dwóch interferometrów - jednego w Livingston (Luizjana) i drugiego w Hanford (stan Waszyngton) - oraz stworzył sieć międzynarodowej współpracy w ramach projektu LIGO, która liczy obecnie ponad tysiąc naukowców.
Zaczęło się w latach 70.
Istnienie fal grawitacyjnych przewidział już Albert Einstein w ogólnej teorii względności, opublikowanej ponad sto lat temu. W połowie lat 70. XX wieku Rainer Weiss przeanalizował potencjalne źródła zakłóceń, mogących zaburzać prowadzenie pomiarów fal grawitacyjnych. Zaprojektował również odpowiedni detektor - laserowy interferometr. Już wówczas Kip Thorne i Weiss byli przekonani, że fale grawitacyjne da się wykrywać.
A jednak po raz pierwszy udało się dokonać tego dopiero 14 września 2015 r. Do Ziemi dotarły wówczas fale grawitacyjne wywołane przez zderzenie dwóch czarnych dziur, oddalonych od nas o 1,3 mld lat świetlnych. O ich wykryciu świat dowiedział się w lutym 2016 r., gdy detekcja została zweryfikowana i potwierdzona.
Z inżynierskiego punktu widzenia epokowe odkrycie w LIGO oznaczało zarejestrowanie efektu przejścia fali grawitacyjnej przez detektory, co spowodowało zmianę długości ramion interferometru. Zmiana ta była bardzo mała - rzędu 10⁻18 m - ale i tak stosunek sygnału do szumu tego sygnału wynosił 24. Mówiąc inaczej, sygnał zarejestrowany 14 września był 24 razy większy niż poziom szumów, co spowodowało natychmiastowy alarm załogi detektora. Co zdarzyło się później - pisaliśmy już na początku.
Nowe oko na Wszechświat
Owo pierwsze zderzenie czarnych dziur zarejestrowane za pomocą fal grawitacyjnych oznaczane jest symbolem GW150914. Druga detekcja miała miejsce w drugi dzień Świąt Bożego Narodzenia 2015 r. i znana jest jako GW151226, a informację o niej opublikowano w czerwcu 2016. O trzeciej detekcji dowiedzieliśmy się rok później, a jesienią dotarła wieść o kolejnej, czwartej.
Powoli rejestracje fal grawitacyjnych stają się rutyną. Po ogłoszeniu werdyktu Komitetu Noblowskiego Thorne oznajmił, że spodziewa się odtąd seryjnego wykrywania kolejnych fal grawitacyjnych. Technologia jest już bowiem dostępna i opanowana.
Nie on pierwszy wyraził takie przekonanie.
-Do końca tej dekady będziemy dokonywać co najmniej jednej detekcji fal grawitacyjnych na miesiąc – ocenił kilkanaście miesięcy temu, w rozmowie z serwisem internetowym "The Register", Ken Strain, prof. fizyki Uniwersytetu w Glasgow, zaangażowany w rozwój detektora LIGO.
Astronomowie porównują ostatnie wydarzenia związane z falami grawitacyjnymi do odsunięcia nieprzenikalnych dotychczas zasłon i możliwości przyjrzenia się wreszcie, jak Wszechświat tak naprawdę działa. Fale grawitacyjne, z czego nie każdy zdaje sobie sprawę, stanowią coś zupełnie innego niż elektromagnetyczne. Te ostatnie to drgania w przestrzennym ośrodku, natomiast grawitacyjne są niejako drganiami samego ośrodka.
Jeśli zakres podczerwieni to wzrok węża, ultrafioletu - owada itd., to fale grawitacyjne nie miałyby odpowiednika w naturze. Dotąd niemal wszystko, co wiemy o Wszechświecie, pochodzi z obserwacji fal elektromagnetycznych - światła widzialnego, ultrafioletu, podczerwieni, promieniowania gamma, rentgenowskiego czy mikrofal. Tymczasem fale grawitacyjne to inne, równolegle zachodzące zjawisko. Ich obserwacja pozwala zajrzeć w miejsca, których dotąd nie znaliśmy - do wnętrza supernowej czy gwiazdy neutronowej, w której materia jest ściśnięta bardziej niż w jądrze atomu. Ślady fal grawitacyjnych wywołanych przez Wielki Wybuch są nadal obecne i przemierzają Wszechświat, niosąc informacje o początku kosmosu.
Detekcja Wielkiego Wybuchu?
Na razie istnieją trzy detektory fal grawitacyjnych: dwa w Stanach Zjednoczonych, tworzące LIGO, i jeden we Włoszech. Powstają już jednak kolejne. W Japonii, w 2018 r. gotowy ma być Kamioka Gravitational Wave Detector (KAGRA). Zgodnie z założeniami będzie czulszy niż nowa wersja LIGO (Advanced LIGO). Zwierciadła KAGRA mają być kriogenicznie zabezpieczone przed wpływami termicznymi.
Połączenie obserwacji elektromagnetycznych z grawitacyjnymi może oznaczać rewolucję podobną do połączenia tradycyjnej fotografii rentgenowskiej z tomografią i MRI w medycynie. W latach 30. XXI wieku wystartować ma kosmiczny detektor eLISA, który wraz z nowymi teleskopami w innych zakresach może nam pokazać kosmos od strony, jakiej nigdy nie poznaliśmy. W grudniu 2015 r. wystrzelono sondę LISA Pathfinder, której zadaniem jest przetestowanie technologii, szykowanych do zastosowania w misji eLISA.
Oczywiście nagrodą główną, która z pewnością zasługiwałaby na kolejnego Nobla, będzie detekcja fal grawitacyjnych pochodzących z samego początku Wszechświata, czyli tych, które powstały w momencie Wielkiego Wybuchu. "Zobaczylibyśmy" wówczas start Uniwersum. Jeśli taka "detekcja ostateczna" pozwoliłaby nam zgłębić tajemnicę narodzin Wszechświata, to droga, którą zainicjowali laureaci Nobla 2017, byłaby jedną z najważniejszych dróg nauki.
