Undele gravitaționale ce provin din spațiu sunt o sursă de informații incredibil de importantă pentru a ne ajuta să înțelegem mai bine Universul. În 2037 se plănuiește lansarea în spațiu a unui nou detector de unde gravitaționale: LISA, care va fi capabil să măsoare unde care provin de la noi surse, asimetrice, ce ar putea să ne dea informații despre noi câmpuri de energie sau noi teorii dincolo de relativitatea generală a lui Einstein.

Undele gravitaționale

Undele gravitaționale sunt prevăzute de teoria relativității generale a lui Einstein – acea teorie care leagă geometria spațiului și a timpului de materia și energia din Univers. Cu cât densitatea de materie-energie este mai mare cu atât deformarea spațiului și a timpului este mai puternică. Atunci când materia se mișcă în mod accelerat se nasc așa-numitele unde gravitaționale: deformări ale spațiului și timpului care se propagă prin Univers și ne dau informații despre sursa care le-a produs. Teoria lui Einstein a luat naștere acum mai bine de 100 de ani, undele gravitaționale însă au fost observate doar în 2015, întrucât este extrem de dificilă măsurarea acestora.

VIRGO și LIGO

Primele unde gravitaționale au fost măsurate de așa-numitele antene gravitaționale LIGO din Statele Unite. Aceste antene funcționează având la bază interferența unor fascicule laser. Structura de interferență depinde de geometria spațiului și timpului prin care se propagă fasciculele laser, care, la rândul ei, este influențată de eventuala propagare prin antenă (și întreaga planetă) a undelor gravitaționale. Efectul însă este extrem de mic și din acest motiv a fost nevoie de dezvoltarea de noi tehnologii – care includ electronică, oglinzi și părți mecanice. În 2015 primele unde gravitaționale, GW150914, care proveneau de la un sistem binar de două găuri negre, situat la o distanță mai mare de un miliard de ani lumină, au fost măsurate. De atunci au fost măsurate, inclusiv cu antena gravitațională VIRGO din Italia, mai multe unde gravitaționale datorate atât unirii de găuri negre cât și în procese în care (cel puțin) unul dintre obiecte era o stea de neutroni. LIGO și VIRGO însă nu pot măsura unde gravitaționale cu frecvențe mici, în acest caz fiind nevoie de antene gravitaționale în spațiu, unde nu suferă de „zgomote” terestre.

LISA

LISA este o antenă gravitațională care va fi lansată în spațiu, probabil în 2037, și care va măsura mult mai multe unde gravitaționale care provin inclusiv de la surse pe care la ora actuală nu le vedem. Va avea o orbită în jurul Soarelui și brațele interferometrului alcătuit din trei sateliți vor avea lungimi de milioane de km (în spațiu unde este deja vid nu este nevoie de adevărate brațe ca pe Pământ – adică tuburi unde este făcut vid).

Sursele EMRI

Printre sursele de unde gravitaționale care vor fi măsurate de LISA se numără și așa-numitele EMRI (Extreme Mass Ratio Inspirals) – aducă surse puternic asimetrice compuse dintr-o stea de neutroni sau o gaură neagră mică și o gaură neagră enormă – cu masa de milioane de ori mai mare ca a Soarelui nostru. În acest context în prezența intensului câmp gravitațional va fi posibil să se măsoare unde gravitaționale cu durata mare, întrucât gaura neagră mică sau steaua de neutroni înainte să fie capturată de gaura neagră enormă are o traiectorie în spirală cu zeci de mii de rotații în jurul enormei găuri negre. Unda gravitațională emisă ne va da informații extrem de interesante.

Ce vom putea studia cu sursele EMRI?

Prin studiul undelor EMRI va fi posibil, pe de o parte, să înțelegem detalii ale teoriei relativității generale, dar și, pe de altă parte, cum au demonstrat cercetătorii care au publicat recent un articol în revista Nature Astronomy, să vedem dacă există diferențe față de ceea ce prevede  teoria lui Einstein. Acestea ar putea fi generate de existența altor câmpuri de energie pe lângă cel gravitațional, sau datorate faptului că teoria lui Einstein nu e cea finală – o nouă teorie ar trebui să o înlocuiască.

Va fi extrem de interesant de studiat aceste semnale și de văzut ce anume putem descoperi – o nouă fizică oare?

Credit imagine: NASA

Rubrică realizată de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesoară de Fizică la Colegiul Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe