SPIONÂND UNIVERSUL

După 100 de ani de cercetări, un grup de oameni de ştiinţă a reuşit să intre în „zona interzisă” a Cosmosului, confirmând existenţa undelor gravitaţionale.

Undele gravitaționale

Pe 11 februarie 2016 o triplă premieră îl confirmă (din nou!) pe Einstein: demonstrarea existenței undelor gravitaționale (UG) și a Găurilor Negre (BH) în experimentul LIGO (două interferometre laser de câțiva kilometri fiecare, situate la 3000 km distanță, unul în Hanford și celălalt în Livingston, ambele în SUA) prin prima lor detectare directă și prima observare a ciocnirii a două BH. Într-un fel, totul a început în urmă cu peste un miliard de ani, când două găuri negre au fuzionat într-una singură. Cum se întâmplă astăzi în lumea afacerilor. Făcând astfel valuri. Dar nu pe piață ci în, cum se spune în fizică, „fabrica spațiu-timpului”. Astronomii spun că „cerurile nu vor mai fi niciodată la fel” – le priveam și până acum, dar… ca într-un film mut. Acum… le putem asculta.

Ce sunt, de fapt, undele gravitaționale?

Să-l ascultăm pe Einstein însuși: „Nu există unde gravitaționale… Împreună cu un tânăr colaborator, am ajuns la rezultatul interesant că undele gravitaționale nu există, deși în primă aproximație au fost considerate ca o certitudine… Există unde gravitaționale?… Se vede că soluții riguroase există…” Acestea sunt cuvintele lui Einstein. Prezise acum 100 de ani, în 1916, la un an după publicarea Teoriei Generale a Relativității (TRG ), ele au fost „repudiate” de autor în 1936. A trebuit să treacă 80 de ani pentru ca, încă o dată, să se verifice că intuiția lui Einstein nu a dat greș niciodată. Pentru Einstein însă, era improbabil ca cineva să găsească „ceva”, un sistem, un aparat, care să poată fi influențat de undele gravitaționale și acest lucru să poată fi și măsurat. Stele binare? Nu ar fi putut produce suficientă energie pentru a o putea observa. Găuri negre? Nimeni nu credea atunci că așa ceva ar putea exista. În același an fuseseră prezentate ca soluții al ecuațiilor TRG, dar erau considerate doar ca niște curiozități – patologii – matematice. Să ne gândim doar că a trebuit să treacă un secol pentru ca acestea să poată fi  efectiv observate într-un experiment.

Dincolo de Norii lui Magellan, în urmă cu 1,3 miliarde de ani…

Și totuși…  prima intuiție a lui Einstein a fost corectă. Modificările gravitației se propagă prin spațiu sub formă de unde. Iar aceasta se întâmplă ori de câte ori corpurile de orice masă se mișcă accelerat. Cu cât sunt mai grele, cu atât „semnalul” gravitațional este mai intens și poate fi detectat. În experimentul LIGO s-au detectat astfel de unde, provenind de la ciocnirea a două găuri negre cu mase de 36 și 29 de mase solare formând un sistem binar, rotindu-se adică una în jurul celeilalte, într-o galaxie pitică aflată la 1.3 miliarde de ani-lumină, dincolo de Norii lui Magellan. Repornit după încheierea operațiunilor de modernizare (care l-au adus la o sensibilitate atât de mare încât să poată observa modificarea cu … un fir de păr a distanței de la Soare până la Alpha Centauri – 4 ani lumină), LIGO înregistrează la 14 septembrie 2015 un semnal cu o durată de 20 ms (20 de miimi dintr-o secundă). În acest infim interval de timp s-a petrecut totul.

O ciocnire de o violență extremă

După o muncă uriașă de prelucrare a datelor, membrii echipei LIGO au realizat ce „văzuseră”.  Au știut din prima clipă că asistau la moartea unor stele. La început, cele două găuri negre se roteau de 30 de ori pe secundă. Totul s-a accelerat după ce acestea s-au apropiat amețitor. Se ajunsese  la 250 de rotații pe secundă, apoi din două s-a format un singur nou corp. O ciocnire de o violență extremă. În urma cataclismului, din două mase care împreună ar fi făcut 65 de mase solare rămăsese doar un corp de 62 de mase solare. Și undele gravitaționale pe care le generase. O diferență de 3 mase (masa solară este unitatea de măsură egală cu masa soarelui, de 332.950 ori mai mare decât masa pământului). Această diferență de energie a fost „transportată” prin Univers de UG care la un moment dat au ajuns pe Terra și au făcut să reacționeze interferometrele laser de la Hanford și Livingston, aflate la o distanță de 3000 km. Ordinul de mărime al acestei energii a fost de aproximativ 1046 Jouli (J).

Cât înseamnă 1046 Jouli

Ca să conștientizăm ce înseamnă de fapt această energie uriașă, am putea aminti că energia unui măr care cade din pom este de un J, iar energia bombei de la Hiroshima a fost de 63 TJ (1012 ). Apoi, o valoare de 1ZJ (1021) este dublul consumului mondial de energie, 1YJ (1024) este energia necesară pentru a încălzi cu 10C întreg volumul de apă al Terrei, pentru ca 400 YJ (1024) să fie radiația termică a Soarelui într-o secundă. Până la 1046 J mai rămân câteva sute de miliarde de miliarde de Jouli…

O nouă astronomie și accesul către „zona interzisă”

Tot ce s-a realizat datorită LIGO este doar un început. UG furnizează informații complementare celorlalte mijloace de observare și, deci, o înțelegere mai bună a proprietăților sursei de radiații.

“Când urmașii noștri vor privi la epoca noastră și se vor întreba ce lucruri mărețe au ajuns la noi, cred că acestea vor fi înțelegerea legilor fundamentale ale Universului. Iar explorarea lui LIGO este o parte mare a acestora”.

Kip Thorne, co-fondator al LIGO

Unii vorbesc deja despre „astronomia multi-mesager”. „Învățând” cum să măsurăm UG putem, în experimente de tip LIGO, să ne apropiem de începuturile absolute ale Universului. Se vorbește despre detectarea UG „primordiale”, cele produse chiar de Big Bang. Unii spun că acestea sunt totuși mult prea slabe pentru a fi detectate.

Un lucru este oricum sigur: cu UG vom putea depăși granița primilor 380.000 de ani ai Universului, intrând în „zona interzisă” tuturor telescoapelor optice pentru că „acolo” tot ce găsim este o plasmă densă și fierbinte de nuclee, electroni și fotoni (atomii nu s-au format încă). Iar fotonii, purtătorii cuantici ai câmpului electromagnetic, ai luminii, interacționează cu ei, făcând astfel ca Universul să fie opac. Exista un fel de lumină, dar una pe care telescoapele noastre, de până astăzi, nu o pot vedea. UG, în schimb, nu au nici o problemă să ajungă acolo și să ne furnizeze informații la care deocamdată doar putem visa și face speculații.

Aplicațiile practice ale descoperirii

Dacă vă întrebați ce aplicații practice poate avea LIGO, vi-l ofer pe David Reitze, CALTECH, director Executiv LIGO: „Cine știe? … Când Einstein a publicat Relativitatea Generală, cine ar fi prezis că o vom folosi zi de zi în telefoanele mobile? … LIGO este cel mai sensibil instrument construit vreodată și progresele tehnologice din timpul construcției s-ar putea să fie preluate de tehnologii care să fie folosite într-un mod pe care nimeni nu-l poate încă prezice.” La fel cum, mult mai aproape de noi, cine s-ar fi gândit în 1972 că tehnologia pusă la punct la CERN de Bent Stumpe pentru cel mai mare accelerator de particule al momentului avea să devină Touch Screen-ul fără care, iată, nu prea mai putem trăi. Ca să nu mai amintim de… www., care tot la CERN a fost inventat de Tim Berners-Lee!