Zniekształcenia czasoprzestrzeni
Kosmiczne wydarzenia z udziałem ogromnych mas, takie jak zderzenia czarnych dziur, powodują uwolnienie tak dużych energii, że fizycznie zniekształcają kontinuum czasoprzestrzeni, wywołując tak zwane fale grawitacyjne. Chociaż zjawisko to zostało przewidziane już przez Alberta Einsteina, ponad 100 lat temu, po raz pierwszy fal grawitacyjne wykryto bezpośrednio dopiero w 2015 roku.
Aby wykrywać fale grawitacyjne, maszyny takie jak LIGO i Virgo posyłają lasery w głąb 4-kilometrowych tuneli. Jako że są one odizolowane od wpływu innych czynników środowiska, uważa się że każda drobna zmiana w wiązce lasera jest wywoływana, gdy ten jest poddawany działaniu fal grawitacyjnych, dosłownie zniekształcających rzeczywistość.
Na przestrzeni ostatnich lat fale grawitacyjne wykryto dziesiątki razy, ale obecna technologia pozwala na odbieranie ich sygnałów tylko w określonych częstotliwościach. Dlatego w swojej nowej pracy naukowej badacze z UAB i IFAE w Hiszpanii oraz z University College London zaproponowali nowy sposób na wykrywanie fal grawitacyjnych, w zakresie znacznie niższych częstotliwości. Sposób ten obejmuje wykorzystanie Księżyca i jego orbity.
Księżyc jako detektor fal grawitacyjnych
Być może wiesz, że astronomowie misji Apollo pozostawili na Księżycu lustra. Ziemskie obserwatora regularnie nakierowują na nie swoje lasery i mierzą, jak szybko odbicia laserów do nich wracają i jak się zmieniają. Pozwala to na przykład na mierzenie odległości Ziemi od Księżyca z dokładnością do 1 centymetra. W zasadzie, w LIGO i Virgo dzieje się coś podobnego. Niemniej, podczas gdy w LIGO i Virgo lasery pokonują tylko 4 kilometry w jedną stronę, między Ziemią a Księżycem laser w jedną stronę przemierza średnio 384 400 kilometrów.
Precyzja księżycowych pomiarów, dodatkowa odległość oraz fakt, że Księżyc potrzebuje 28 dni na okrążenie Ziemi – wszystko to sprawia, iż metoda pozwalająca na wykrywanie fal grawitacyjnych z użyciem naturalnego satelity Ziemi powinna być szczególnie dokładna i wrażliwa na fale grawitacyjne w paśmie mikrohercowym. Częstotliwości te są poza zasięgiem istniejących detektorów, a tymczasem naukowcy są nimi niezwykle zainteresowani.
Skąd to zainteresowanie? Jak wspomniałam uważa się, że mikrohercowe fale grawitacyjne powinny pochodzić z bardzo wczesnego Wszechświata. Zatem, wykrywanie i badanie takich fal może ujawnić ogromne ilości nowych informacji o tym trudnym do zbadania okresie historii kosmosu.
Co istotne, nie po raz pierwszy zaproponowano, że Księżyc mógłby odegrać rolę w wykrywaniu fal grawitacyjnych. W zeszłym roku inny zespół stwierdził, iż jego powierzchnia może być idealną lokalizacją dla przyszłego detektora. Nowy pomysł ma jednak ogromną zaletę – jego realizacja w ogóle nie wymaga budowy nowego obiektu.
Źródło: UAB, fot. tyt. Canva