Undele gravitationale, prezise acum mai bine de o suta de ani da catre teoria relativitatii generale a lui Einstein, reprezinta deformari ale spatiului si timpului care se genereaza atunci cand corpuri cu masa foarte mare se misca accelerat. Aceste unde se propaga in Univers, generand la randul lor deformari ale spatiului si timpului. In 2015 pentru prima data s-a reusit masurarea acestor unde gravitationale generate in coliziunea dintre doua gauri negre indepartate; descoperirea a fost realizata de catre  doua antene gravitationale LIGO din USA. Aceste antene se bazeaza pe fenomenul de interferenta a unor fascicule de laser, care este sensibil la deformari ale spatiului infime (mai mici decat raza unui proton). Intre timp a intrat in functiune si antena VIRGO, situata in Italia, care, la randul ei, cu ajutorul interferetei, masoara vibratii spatio-temporale generate de trecerea unei unde gravitationale.

La inceputul lui decembrie 2018, la „Gravitational physics and astronomy workshop" la College Park, in Maryland, unde s-au reunit grupurile de cercetatori care lucreaza in LIGO si VIRGO, a fost facut public primul catalog al undelor gravtationale descoperite pana acum.

In acest catalog sunt prezente 11 unde gravitationale: 10 sunt generate de coliziuni de gauri negre iar una de coliziunea a doua stele de neutroni. Aceste unde au fost masurate de catre LIGO si VIRGO in primele doua campanii de masuratori: 12 septembrie 2016 – 19 ianuarie 2016 si 30 noiembrie 2016 – 25 august 2017.

Cum se genereaza aceste unde gravitationale?Atunci cand, de exemplu, doua gauri negre se rotesc una in jurul celelalte, pierd energie emitand unde gravitationale. Acest lucru are ca rezultat apropierea din ce in ce mai mult a gaurilor negre care se rotesc cu viteze din ce in ce mai mari, pana cand, inevitabil, aceste se ciocnesc generand o unica gaura neagra. In urma acestui proces parte din masa initiala a celor doua gauri negre se transforma in energia undelor gravitationale: masa gaurii negre finale este deci mai mica decat suma maselor celor doua gauri negre initiale. Undele gravitationale sunt unicul instrument cu ajutorul caruia pot fi studiate aceste sisteme binare de gauri negre, despre care, pana la descoperirea efectuata de LIGO, nu se stia nimic – erau invizibile oricarui alt instrument.

Dintre cele patru noi unde gravitationale raportate la conferinta din Maryland face parte si cea care corespunde sistemului binar de gauri negre cel mai indepartat masurat vreodata. Este vorba despre unda gravitationala GW170729, inregistrata pe 29 iulie 2017, care corespunde unui sistem de gauri negre stuat la incredibila distanta de 5 miliarde ani lumina fata de noi – deci aceasta unda a pornit spre noi inainte de nasterea Pamantului. Intregul Sistem Solar nu exista pa cand cele doua gauri negre s-au unit intr-o unica gaura neagra cu masa de circa 80 de ori mai mare ca a Soarelui. In acest proces o masa de circa 5 ori cea a Soarelui s-a transformat in energia undelor gravitationale.

La ora actuala nu se stie cat de multe gauri negre sunt in Univers; din acest motv inclusiv procesul care a dus la nasterea acestora este invaluit in mister. Printre diversele ipoteze care au fost facute se numara si cea care propune cum ca aceste gauri negre cu mase de zeci de ori cea a Soarelui s-ar fi nascut imediat dupa Big Bang, in urma fluctuatiilor de densitate. In acest caz in Univers ar putea exista foarte multe gauri negre de acest gen – cu ajutorul antenelor gravitationale pot fi detectate doar cele care formeaza sisteme binarii care se unesc intr-o unica gaura neagra generand unde gravitationale. Gaurile negre izolate nu pot fi masurate cu aceasta metoda.

LIGO si VIRGO vor incepe o noua campanie de masuratori in primavara anului viitor – cu aparate imbunatatite. Cu siguranta vor imbogati catalogul undelor gravitationale – spre o noua forma de astronomie, care ne ajuta sa vedem aspecte invizibile telescoapelor de unde electromagnetice.

 

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