Vanatoarea undelor gravitationale prevazute de teoria relativitatii generale a lui Einstein a reinceput cu atena interferometrica LIGO. Aceasta ar putea masura unde gravitationale care provin din colapsul stelelor de neutroni dintr-un sistem binar sau al misterioasele gauri, instaurand o noua epoca in astronomie: astronomia pe baza undelor gravitationale.

Anul acesta se implinesc 100 de ani de la publicarea articolului in care se prezenta teoria relativitatii generale a lui Einstein – teorie care are de-a face cu gravitatia si cu efectele acesteia asupra spatiului. Practic spatiul (de fapt spatiul-timp, o realitate cu patru dimensiuni) se deformeaza in prezenta corpurilor masive; aceasta deformare este asemanatoare cu cea a unui tesut elastic atunci cand pozitionam pe acesta un corp: cu cat corpul este mai greu si mai dens cu atata tesutul se deformeaza mai mut. Daca in plus corpul se misca in mod accelerat – o miscare violenta – atunci se genereaza unde in acest tesut, unde care se propaga. Este ceea ce se intampla atunci cand de exemplu explodeaza o stea masiva dand nastere une supernove – aceasta genereaza unde in tesutul spatio-temporal care se propaga in Univers cu viteza luminii. Sunt asa-numitele unde gravitationale. Pana in prezent insa nimeni nu a reusit sa le masoare – fiind aceasta masuratoare ultima care lipseste din setul de masuratori care ar confirma pe deplin teoria lui Einstein. Nu e de mirare deci ca multi oameni de stiinta vaneaza aceste unde gravitationale de multi ani, folosind tehnici din ce in ce mai sofisticate.

Care este problema, cum de pana acum nimeni nu a reusit sa captureze aceste unde? Undele gravitationale care sunt generate de supernovae sau de stelele de neutroni binare atunci cand cad una spre alta duc la vibratii ale asa-numitelor antene gravitationale de pe Terra extrem de mici: mult mai mici decat diametrul unui....atom, si chiar si cel al unui proton. Este clar ca trebuie dezvoltate tehnologii speciale pentru a captura aceste vibratii infime.

La ora actuala cea mai mare speranta este pusa in antenele gravitationale LIGO (in SUA) si VIRGO (In Italia). Acestea folosesc interferometria a doua fascicule laser care se propaga in doua brate cu lungimea de 4 km (LIGO) si 3 km (VIRGO), brate perpendiculare intre ele. In momentul in care ar sosi o unda gravitationala s-ar masura o deplasare a figurii de interferenta. LIGO incepe in prezent sa achizitioneze date  dupa o perioada de 5 ani in care a fost imbunatatit; in 2016 va intra in functiune si VIRGO.

Ce vor masura? Se spera ca se va reusi capturarea de semnale care pot proveni de la obiecte care genereaza unde gravitationale situate pana la distate de circa 230 milioane de ani  lumina. Ar utea fi astfel masurate cateva unde gravitationale pe an.

Daca intr-adevar vom reusi sa masuram aceste unde gravitationale aceast rezultat va reprezenta o ulterioara confirmare a teoriei lui Einstein. Va fi insa si inceputul asa-numitei astronomii de unde gravitationale – care ne va ajuta sa intelegem mai bine Universul nostru, istoria si evolutia acestuia.

Pentru viitor cercetatorii au planuri marete pentru realizarea de antene gravitationale si mai puternice decat LIGO sau VIRGO – care sa fie capabile sa masoare semnale mai slabe, care provin ori de la distante si mai mari, ori de la surse de une gravitationale mai slabe.

Printre aceste proiecte se numara Einstein Telescope – o antena cu brate mai lungi decat LIGO, situata in subteran (de exemplu intr-o mina parasita) , sau eLISA, o antena gravitationala situata in spatiu.

Ce anume putem studia cu ajutorul acestor antene? Am putea studia, pe langa supernovae si stelele de neutroni binare, gaurile negre – acestea rerezinta un adevarat mister pentru fizica moderna, intrucat nu stim ce ascund in interior. O noua forma de materia? Un alt Univers? Studiul undelor gravitationale ne-ar putea ajuta sa facem un pas inainte spre descifrarea acestui mister.

Nu ne ramane decat sa asteptam rezultatele de la LIGO si VIRGO in viitorul apropiat.

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro