Čtvrtek 29. září 2022, svátek má Michal
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Čtvrtek 29. září 2022 Michal

Temná astronomie otevře pohled do skrytého vesmíru

Po letech příprav byl konečně zahájen jeden z největších vědeckých experimentů naší doby. Vědci zahájili tento měsíc pokus o zachycení gravitačních vln. Chtějí tak ověřit dosud netestovanou Einsteinovu teorii. V případě úspěchu pokusu, bude možné pozorovat i ty části vesmíru, které jsou nám dosud skryty.
Vesmír

Vesmír | foto: www.snow.cziDNES.cz

Tým německých, britských a amerických vědců  se od konce června po příštích osmnáct měsíců bude snažit zachytit do dnešní doby nepozorované gravitační vlny a dokázat tak jedinou dosud netestovanou předpověď Einsteinovy obecné teorie relativity.

Potvrzení existence gravitačních vln umožní nástup nové, temné astronomie, která podstatně rozšíří naše poznání vesmíru. Laboratoř GEO 600 poblíž Hanoveru a s ní spolupracující americké observatoře LIGO možná budou první, kterým se to podaří.

Dokážeme pozorovat 96 % vesmíru

„Když během pár příštích měsíců v našem blízkém okolí vybuchne supernova, máme dobré šance na zjištění a změření v důsledku toho vzniklých gravitačních vln. První krok ke gravitačně-vlnové astronomii byl učiněn, nakonec budeme schopni pozorovat 96% vesmíru, který je až do teď před námi skryt,“ říká profesor Karsten Danzmann, vedoucí Mezinárodního centra pro gravitační fyziku v Hanoveru.

Profesor Jim Hough z Glasgowské univerzity dodává: „Pokud jde o šance na detekci gravitačních vln v příštích osmnácti měsících, jsem optimista“. Když sázková kancelář Ladbrokes vypsala na detekci gravitačních vln do roku 2010 kurs 1 : 500, byl profesor Hough jedním z prvních, kdo si vsadil. Kurs poté během několika dní spadl na 1 : 2 a nakonec bylo přijímání sázek ukončeno. Bookmakeři pochopili, že se možná přepočítali.


Simulace gravitační vlny

Výzva moderní fyziky

Přímé měření gravitačních vln je jednou z největších výzev moderní fyziky, protože to znamená počátek cesty vedoucí k pozorování až dosud nepřístupných míst vesmíru. Tradiční astronomie, založená na elektromagnetickém záření, totiž může zkoumat pouze 4% veškeré hmoty ve vesmíru, zbytek tvoří tzv. temná hmota a temná energie, jejichž pozorování jsou dnešní technikou nedostupné.

“Jsme velmi nedočkaví a zvědaví, jaké nové pohledy nám to přinese. Otevíráme novou kapitolu astronomie, která umožní přímé pozorování odvrácené  strany našeho vesmíru – černých děr, temné hmoty a ozvěny Velkého třesku,“ pokračuje profesor Danzmann.


Simulace gravitační vlny

Gravitační vlny – vibrace časoprostoru

Albert Einstein ve své obecné teorii relativity nastínil zcela nový pohled na gravitaci. Na rozdíl on Newtona v ní nevidí projev síly, ale chápe ji jako deformaci časoprostoru. Čas a prostor nejsou oddělené, tvoří jediný celek.

Zjednodušeně řečeno: hmota říká časoprostoru, jak se má deformovat, a ten zase hmotě, jak se pohybovat. Tudíž pohyb hmoty je ovlivněn deformací prostoru, kterou způsobuje jiná hmota. A to je příčinou vzájemného přitahování hmoty.  Einstein však ve svých úvahách šel ještě dál - oproti Newtonově teorii gravitace je jeho pojetí dynamické, to znamená, že časoprostor se přítomností hmoty nejenom deformuje, ale může také vibrovat, například když se zdroj deformací pohybuje. A právě tyto vibrace časoprostoru jsou gravitační vlny. Vlastně tedy jde o periodická zakřivení prostoru a času, která se šíří od svého zdroje, podobně a stejnou rychlostí jako například vlny elektromagnetické.


Simulace gravitační vlny

Einstein to předpověděl

Když Albert Einstein v roce 1916 existenci gravitačních vln předpověděl, v žádném případě nemohl doufat, že by se potvrzení tohoto nesmírně obtížně zachytitelného jevu dožil. Na to bylo tehdejší experimentální vybavení příliš primitivní. Ostatně ke kýženému cíli nevedly ani snahy mnoha experimentátorů v průběhu celého dvacátého století.

Za zmínku stojí zejména pionýrské úsilí Josepha Webera, který v šedesátých letech minulého století pro tyto účely navrhl a sestrojil řadu tzv. rezonančních detektorů. Gravitační vlny svému odhalení stále úspěšně odolávaly.

Dosud byla jejich existence ověřena pouze nepřímým důkazem, měřením systému dvou kolem sebe obíhajích neutronových hvězd, které v roce 1974 provedli Joseph Taylor a Russell Huls. Zjistili, že oběžná doba systému se pravidelně zkracuje přesně o hodnotu předpovězenou Einsteinovou teorií, což je způsobeno právě tím, že systém ztrácí svou energii vyzařováním gravitačních vln.

Jak se měří gravitační vlny

Měření gravitačních vln není vůbec snadné. Jde o problém nejen fyzikální, ale i technický a technologický, neboť gravitační vlny jsou velmi slabé, (navíc jejich účinek ubývá se vzdáleností od jejich zdroje), a proto jsou na měřicí zařízení kladeny extrémní nároky, zvláště pokud jde o jeho citlivost. Ta je požadována v řádu 10-21 , což je opravdu velice malé číslo. Jen pro představu – stejné citlivosti bychom dosáhli, kdyby se nám podařilo určit vzdálenost Země od Slunce s přesností rozměru jediného atomu.

Protože vyrobit gravitační vlny v laboratoři je zhola nemožné, musí se vědci ve svých bádáních soustředit na vlny pocházející z vesmíru. V tom případě jako zdroje detekovatelných gravitačních vln přicházejí v úvahu pouze rychle se pohybující velmi hmotné objekty, tedy neutronové hvězdy nebo černé díry, případně vybuchující supernovy, ale i tak jsou měření velmi náročná.

Současná věda ale už potřebným detekčním zařízením s požadovanou citlivostí disponuje, a má jich dokonce více. Jsou to laserové interferometry. Jedním z nich je právě zmíněný detektor gravitačních vln GEO 600, společný projekt  Ústavu pro gravitační fyziku Maxe Plancka, Hanoverské univerzity a univerzit z Cardiffu a Glasgow.

Interferometr tvoří dvě vakuové komory – na sebe navzájem kolmá ramena dlouhá 600 metrů uspořádaná do tvaru L. Laserový paprsek je rozdělen na dva a ty se dál šíří oběmi komorami, na jejich konci se odráží zpět a poté se znovu spojí ve fotodetektoru.

Délka ramen byla záměrně zvolena tak, aby fáze vracejícího se světla byla posunuta o 180°, takže se oba paprsky po spojení vyruší a výsledkem je tma. Při průchodu gravitačních vln by došlo k prostorovým deformacím a tedy i k deformacím měřicích ramen, následkem čehož by došlo k posunu  světelných fází a objevil by se záblesk světla. V GEO 600 lze ještě výstupní signál několikrát superponovat pomocí soustavy zrcadel, v tom se od ostatních interferometrů liší.

Navrhnout a vyrobit takové měřicí zařízení není pochopitelně vůbec snadné, především je zapotřebí vyvinout precizní optický systém s vysoce stabilním laserem a kvalitní soustavou zrcadel, vše udržovat ve velmi vysokém vakuu a ještě k tomu zajistit dokonalou izolaci od vnějších vibrací (seizmická aktivita). K tomu připočteme jeho nemalé rozměry. GEO 600 je částí světové sítě detektorů gravitačních vln.

Dva detektory se nacházejí v USA (LIGO, délka ramen: 4km, jeden v Itálii (VIRGO, délka ramen: 3 km) a jeden v Japonsku (TAMA 300, ramena o délce 300 m). Mít k dispozici víc detektorů je velmi důležité nejenom pro vyloučení eventuálních lokálních vlivů, ale i pro získání dalších, dodatečných informací, jako je například určení pozice zdroje gravitačních vln. Proto se musí měření provádět na více (vzdálených) místech současně.

A budoucnost?

Vědci hledí do budoucnosti zkoumání vesmíru pomocí gravitačních vln skutečně optimisticky.

Očekává se, že v průběhu několika příštích let se mnoha plánovanými vylepšeními pozemských detektorů dosáhne takřka neuvěřitelné citlivosti  řádu 10-23. Lepší funkčnosti lze dosáhnout zvětšením délky ramen, ale protože se zvětšování ramen interferometrů, zejména s ohledem na vakuum uvnitř, ukazuje pro další rozvoj interferometrů jako limitující faktor, uvažují NASA a ESA (Evropská kosmická agentura) o společné výstavbě interferometru LISA (Laser Interferometer Space Antenna) v kosmickém prostoru.

Mělo by jednat o soustavu tří družic tvořících vrcholy rovnostranného trojúhelníka o stranách 5 milionů kilometrů obíhající kolem Slunce ve stejné vzdálenosti jako Země. Díky obrovským rozměrům (a bez jakýchkoli rušivých seizmických vlivů) bude u tohoto detektoru signál na rozdíl od dnešních detektorů výrazně (o několik řádů) převyšovat šum, čímž se astronomii otevře skutečné nové okno do vesmíru dokořán.

Přečtěte si také:

Zdroje:

  • Nejčtenější

ANALÝZA: Poté, co neuspěl v té první, Putin chystá „Novou válku“

Premium Tváří v tvář dění posledních týdnů na ukrajinských frontách, vyhlásil Vladimir Putin částečnou mobilizaci. Jak...

Je redaktor užitečný idiot? Odpovídáme čtenáři rozčílenému elektromobily

Jen málokterá technologie polarizuje společnost tak jako elektromobilita. Někteří jí nekriticky fandí, jiní ji...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Nejjasnější pohled za 30 let. Webbův teleskop vyfotil prstence planety Neptun

Vesmírný teleskop Jamese Webba prokázal své další schopnosti. Americká vesmírná agentura NASA zveřejnila nové snímky...

NASA testovala obranu Země před vesmírným tělesem, sonda zasáhla asteroid

Sonda DART americké vesmírné agentury NASA zasáhla v úterý podle plánu měsíc planetky Didymos. Šlo o první test obrany...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Zabte je, než vylezou na břeh. I „hořící moře“ mělo zastavit německou invazi

Seriál Po neúspěšných diplomatických nabídkách se Hitler odhodlal k vypracování plánů na invazi do Británie. Britům bylo...

Sověti ozářili Richarda Nixona radioaktivitou. Jeho agenti to zastavili trikem

Premium Při návštěvě v Sovětském svazu Richard Nixon sice přátelsky hovořil se sovětským vůdcem Nikitou Chruščovem v takzvané...

Test kočičích kapsiček. I z krmiva za deset korun může zvíře dostat vše

Premium Kočky nám sice někdy připadají mlsné, ale ony jen v miskách hledají to, co jejich tělu prospívá nejvíc: maso plné...

Extra steh po porodu navíc? Rodičky děsí ponižující husband stitch

Premium Přivést dítě na svět znamená pro většinu žen prožít si mnoho vypjatých chvil. Vyrovnat se s průběhem porodu nemusí být...

Nejjasnější pohled za 30 let. Webbův teleskop vyfotil prstence planety Neptun

Vesmírný teleskop Jamese Webba prokázal své další schopnosti. Americká vesmírná agentura NASA zveřejnila nové snímky...

Vědci poprvé zaznamenali náraz meteoritu přímo na povrchu jiné planety

Vědcům se vůbec poprvé podařilo zaznamenat náraz cizího tělesa do jiné planety než Země sondou, která byla na jejím...

Ruská loď vynesla k Mezinárodní vesmírné stanici i jednoho Američana

Z kosmodromu Bajkonur ve středu odstartovala raketa Sojuz-2.1a s trojicí astronautů ve složení Sergej Prokopjev a...

Inženýři zachraňují družici, která má vyzkoušet dráhu měsíční stanice

Malá družice Capstone, kterou vyslala do vesmíru společnost Advanced Space, se po úspěšném startu dostala do problémů....

RECENZE: Pro Pokáče byla O2 arena příliš velkým soustem

Z hlediska návštěvnosti skončil koncert písničkáře Pokáče v O2 areně maximálním úspěchem - pár hodin před začátkem...

Přístroje zjistily výbuchy u Nord Streamu. Úmyslný čin, tvrdí Švédsko

Švédské a dánské měřicí stanice v pondělí zaznamenaly masivní podmořské výbuchy, a to v místech, kde z plynovodu Nord...

Příběh Marty: Syn si přivedl domů přítelkyni, je to líná špindíra

Se synem jsme měli vždycky hezký vztah. Naším společným plánem bylo, že jednou s námi zůstane žít v našem domě v...

Slovensko vře kvůli cenám elektřiny. Největší výrobce hrozí bankrotem

Největšímu výrobci elektřiny na Slovensku, společnosti Slovenské elektrárne, se příčí dodávání elektřiny slovenským...

Mrazivá noc bez spánku a výstup na skálu. Soukalová promluvila o ztracení

Moderátorka Gabriela Soukalová (32) vyrazila na dovolenou v italském Livignu se svým přítelem Milošem a dcerkou...