Virgo–Polgraw


Najczęściej zadawane pytania
  • Czym są fale grawitacyjne? Fale grawitacyjne są zaburzeniami krzywizny czasoprzestrzeni, rozprzestrzeniającymi się z prędkością światła. Powstają podczas gwałtownych procesów astrofizycznych, takich jak np. zlewający się układ podwójny czarnych dziur. Fale grawitacyjne są konsekwencją ogólnej teorii względności: teorii grawitacji opublikowanej przez Alberta Einsteina pod koniec 1915 roku. Mimo, że od ogłoszenia teorii upłynęło 100 lat, technologia niezbędna do budowy instrumentu tak czułego jak Virgo (umożliwiającego bezpośrednią detekcję fal przez urządzenie na Ziemi) stała się dostępna dopiero w ciągu ostatnich paru dekad.

  • Czy mamy dowody na istnienie fal grawitacyjnych? Do momentu bezpośredniej detekcji fali grawitacyjnej we wrześniu 2015 roku, zapadnięcia się układu dwóch czarnych dziur i stworzenia jednej większej (GW150914) posiadaliśmy bardzo silne, ale pośrednie dowody na istnienie fal grawitacyjnych. Najważniejszymi są obserwacje pulsara PSR B1913+16, znajdującego się w układzie podwójnym z drugą, zwartą gwiazdą. Pulsary są szybko rotującymi gwiazdami neutronowymi, które emitują periodyczne pulsy promieniowania elektromagnetycznego (w zakresie od radiowego do promieniowania gamma), w procesie podobnym do emisji światła przez latarnię morską. Obserwacje zachowania się pulsów PSR B1913+16 w czasie ponad trzech dekad dowodzą, że orbita układu stopniowo się zacieśnia. Zmiana okresu orbitalnego zgadza się bardzo dobrze z przewidywaniami ogólnej teorii względności; układ podwójny ewoluuje tracąc powoli energię emitowaną w falach grawitacyjnych.

  • Czym jest GW150914? Zjawisko, oznaczone symbolem GW150914 zaobserwowano 14 września 2015 roku w dwóch detektorach LIGO, umieszczonych w Livingston i Hanford (w odległości 3000 km od siebie). Dopasowanie wzorców sygnału zacieśniającego się układu podwójnego (ang. inspiral), zlewania się składników (ang. merger) oraz ,,wypromieniowania włosów'' powstałej czarnej dziury (ang. ringdown) pozwala na określenie parametrów układu. W zdarzeniu brały udział dwie czarne dziury o masach 36 i 29 mas Słońca, które zlały się tworząc czarną dziurę o masie 62 mas Słońca. 3 masy Słońca zostały wypromieniowane w falach grawitacyjnych. Sygnał był widoczny w detektorach przez jedynie 0,2 sekundy. Zjawisko zaszło w odległości około 400 Mpc (400 milionów parseków), czyli 1 miliard 300 milionów lat temu. Praca na temat odkrycia została opublikowana w Physical Review Letters, 116 061102 (2016).

  • Czym jest GW151226? Podobnie do GW150914, drugi bezpośrednio zaobserwowany sygnał fali grawitacyjnej pochodził od zapadającego się układu podwójnego czarnych dziur. Zarejestrowano go 26 grudnia 2015 roku. Najlepiej dopasowany model sygnału wyznacza masy początkowych czarnych dziur na 14 i 7,5 masy Słońca. Końcowa czarna dziura ma masę 22 mas Słońca. Jako, że system był mniej masywny niż GW150914, przebywał w paśmie czułości detektora dłużej, jedną sekundę. W tym czasie udało się zarejestrować prawie 30 ostatnich orbit układu. Zjawisko zaszło w odległości około 450 Mpc od Ziemi. Obserwacja dostarcza dowodów na to, że conajmniej jedna z czarnych dziur tworzących układ podwójny miała spin większy niż 0,2. Obserwacja została opublikowana w Physical Review Letters, 116 241103 (2016).

  • Co jest przewidywanym źródłem fal grawitacyjnych? Żadne źródło na Ziemi nie jest w stanie wyprodukować fal grawitacyjnych dostatecznie dużych, by można je było bezpośrednio wykryć przy pomocy detektora, jednak we Wszechświecie zachodzi wiele gwałtownych zjawisk, które mogą być dobrym źródłem fal. Na przykład, modele przewidują przejściowe źródła fal grawitacyjnych emitowanych podczas zlewania się układu podwójnego obiektów zwartych, takich jak gwiazdy neutronowe i/lub czarne dziury, lub podczas eksplozji supernowych. Ponadto oczekujemy, że rotujące gwiazdy neutronowe, znane z obserwacji radiowych jako pulsary, które mogą wykazywać odstępstwo od osiowej symetrii (deformację) będą źródłem periodycznych fal grawitacyjnych. Oczekujemy także, że podczas wczesnych etapów życia Wszechświata zaraz po Wielkim Wybuchu powstało chaotyczne tło fal grawitacyjnych, które również można zarejestrować. Z pewnością istnieją także obecne nieznane typy źródeł fal grawitacyjnych.

  • Jak działa detektor interferometryczny? Przechodząca przez detektor fala grawitacyjna zmienia odległości w kierunku prostopadłym do kierunku rozchodzenia się. Interferometr składa się z dwóch ramion, na końcach których umieszczone są lustra-masy testowe, mogące poruszać się swobodnie w kierunku horyzontalnym. Światło lasera rozszczepiane jest na wejściu do interferometru na dwie wiązki, które są kierowane do obu ramion, odbijają się od luster i wracają do centrum, gdzie zachodzi interferencja wiązek. Długości ramion są dobrane w taki sposób, że wiązki wygaszają się nawzajem (interferencja destruktywna). W obecności przechodzącej fali grawitacyjnej długości ramion zmieniają się (jedno wydłuża się, a drugie skraca) co oznacza, że światło przebywa odpowiednio dłużej lub krócej w ramionach interferometru. Zmienia to obraz interferometryczny, którego intensywność jest proporcjonalna do amplitudy fali grawitacyjnej.

  • Ile kosztuje Virgo? Całkowity koszt Virgo to od 10 do 15 mln euro na rok, przez okres około 20 lat. Koszt ten pokrywa wybudowanie infrastruktury, prowadzenie obserwacji, naprawy i udoskonalenie sprzętu oraz pensje inżynierów, techników i naukowców pracujących dla projektu. Koszty te pokrywają głównie Francja i Włochy, oraz od niedawna Holandia i Polska poprzez dotacje sprzętowe.

  • Dlaczego Virgo tak się nazywa? Detektor Virgo w swojej piewotnej wersji (Initial Virgo: 2007 - 2011) posiadał czułość odpowiadającą zasięgowi około 20 Mpc w przypadku fal grawitacyjnych emitowanych przez układy podwójne gwiazd neutronowych. 20 Mpc jest odległością do pobliskiej gromady galaktyk w Pannie (Virgo).

Materiały pularnonaukowe: