A gravitációs hullámok és a LIGO

A gravitációs hullámokban jelentősége

A gravitációs hullámok új korszakot fognak nyitni a csillagászatban, amely mostanáig az elektromágneses sugárzás különböző formáinak (látható fény, rádióhullámok, röntgensugarat stb.) megfigyelésén alapult. Az elektromágneses hullámok könnyen visszaverődnek illetve elnyelődnek bármilyen anyaggal találkozva, amely köztünk és a távoli forrás között helyezkedik el. Még ha meg is tudjuk figyelni az univerzumból hozzánk érkező fényt, az hosszú útja során gyakran már megváltozott. Például amikor a fény áthalad egy gázfelhőn - vagy éppen a Föld légkörén -, bizonyos komponensei elnyelődnek, és ezért nem figyelhetőek meg.

A gravitációs hullámok azért hoznak változást a csillagászatba, mert a világegyetem közel átlátszó számukra: a közbeeső anyag, illetve gravitációs mezők nem verik vissza és nem nyelik el őket lényeges mértékben. Az ember olyan asztrofizikai objektumokat lesz majd képes észlelni, melyek egyébként el vannak takarva előle, továbbá olyan jelenségek belső működési mechanizmusait figyelheti meg, amelyek nem keltenek fényt. Például ha a sztochasztikus gravitációs hullámok valóban az ősrobbanás első pillanataiból származnak, akkor nem csak sokkal messzebbre fogunk visszalátni az univerzum történetében, mint eddig bármikor, hanem pontosan olyan a formában láthatjuk e jeleket, ahogyan keletkeztek.

Egy-egy gravitációs hullámban ott rejlenek az azt létrehozó fizikai körülmények. A gravitációshullám-detektorok célja ennek az információnak a kinyerése - kicsit hasonlóan a rádiókhoz: ahogyan a rádió a felfogott rádióhullámokból kinyeri a zenei információt, úgy a LIGO a felfogott gravitációs hullámokból ki fogja nyerni a fizikai eredetükre vonatkozó adatokat. A LIGO pontosan ebben az értelemben nevezhető valódi obszervatóriumnak, annak ellenére, hogy nem alkalmaz valódi teleszkópokat. Azonban a gravitációs hullámok kereséséhez sokkal komolyabb adatelemzésre van szükség, mint a hagyományos optikai teleszkópok esetében, ezért általában nem lesz lehetőség valós idejű észlelése. A LIGO ezért folyamatosan felveszi és eltárolja a detektorokból érkező adatokat. Ez hatalmas előny a hagyományos obszervatóriumokkal való együttműködés során, hiszen - a teleszkópokkal szemben - a LIGO-nál vissza lehet "tekerni" egy korábbi időponthoz. Gondoljunk például egy szupernóvára, amelyet csak valamivel a robbanás kezdete után észleltek. A LIGO kutatói át tudják nézni a korábbi adatokat, a robbanás időpontjában jelentkező gravitációs hullámokat keresve.

A gravitációshullám-csillagászat segíteni fog megválaszolni a fizika néhány fontos kérdését: Hogyan születnek a fekete lyukak? Helyes leírása-e a gravitációnak az általános relativitáselmélet? Hogyan viselkedik az anyag a neutroncsillagokban és szupernóvákban fellépő szélsőséges hőmérsékleten és nyomáson?