Revoluce ve fyzice: Vědci poprvé zachytili neviditelné gravitační vlny

„Dámy a pánové, detekovali jsme gravitační vlny. Dokázali jsme to,“ slova pronesená Davidem Reitzem, vědeckým pracovníkem projektu LIGO, znamenají mnohé – v první řadě jde o potvrzení 100 let staré Einsteinovy obecné teorie relativity. Nový objev ale především znamená vědeckou revoluci.

Gravitační vlny byly předpovězeny obecnou teorií relativity Alberta Einsteina již v roce 1916. Teorie říká, že velmi hmotné objekty vytváří ve svém okolí vlny, které narušují časoprostor, jako kámen vhozený do vody narušuje hladinu. Čím je objekt hmotnější, tím více je časoprostor narušen.

Vědci předpokládají, že silné gravitační vlny vznikají ve chvíli, kdy dva velmi hmotné objekty, například dvě neutronové hvězdy nebo neutronová hvězda a černá díra, obíhají v páru okolo sebe. Vzájemná interakce těchto supertěžkých vah narušuje časoprostor a vytváří tak vlnění, které je možno měřit velmi přesnými nástroji.

Jak se loví gravitační vlny

Pátrání po gravitačních vlnách odstartoval již v 60. letech americký fyzik Joseph Weber. Jeho zařízení pracovalo na principu zavěšených hliníkových válců a detekce vibrací způsobených procházející gravitační vlnou. Ostatně na podobném principu funguje i nedávno spuštěný testovací projekt LISA Pathfinder. Přestože Weber v roce 1968 oznámil detekci gravitačních vln, nepodařilo se mu vědeckou obec o svém objevu dostatečně přesvědčit.

Nejpřesnější zařízení pro detekci gravitačních vln dnes představují laserové interferometry – jejich vlajkovou lodí pak obří detektor LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Detektor LIGO je tvořen dvojicí observatoří, nacházejících se v americkém Hanfordu a Livingstonu. Každá je tvořena dvěma rameny svírajícími pravý úhel o délce 4 kilometrů. Uvnitř těchto ramen se ve vakuu pohybuje svazek laserových paprsků - pokud dojde k průchodu gravitační vlny paprskem, detektor zaznamená změnu.

Projekt LIGO, který odstartoval již před 24 lety, prošel v loňském roce nákladnou rekonstrukcí, která si vyžádala náklady ve výši 200 milionů dolarů (celkové náklady na projekt se pohybují okolo 620 milionů dolarů). Cílem rekonstrukce bylo zvýšení citlivosti detektoru – uvádí se, že po přestavbě stoupla citlivost detektoru čtyřnásobně.

K oficiálnímu restartu došlo 18. září 2015, již čtyři dny před oficiálním znovuspuštěním se ale vědcům podařil husarský kousek. Testovací provoz zachytil gravitační vlny způsobené srážkou dvou černých děr vzdálených 1,3 miliardy světelných let od Země. 

Čím je detekce gravitačních vln tak výjimečná?

Na rozdíl od elektromagnetického vlnění způsobeného rádiovými vlnami, světlem nebo gama zářením, nepodléhají gravitační vlny žádnému rušení. Jsou tak dokonalou sondou, které vědcům umožní zkoumat mnohem vzdálenější objekty a objekty, které nejsou současnými technologiemi viditelné – černé díry a možná i temnou hmotu. Nejde tedy jen o potvrzení Einsteinovy obecné teorie relativity, jde doslova o revoluci v astronomii.

Tým vědců podílejících se na projektu LIGO sbírá jeden kompliment za druhým, podle odborníků je detekce gravitačních vln největším vědeckým počinem od objevu Higgsovy částice, nebo stanovení struktury DNA a zcela otevřeně se hovoří o Nobelově ceně.