Zjištění „chóru“ nízkofrekvenčních gravitačních vln označují astrofyzici za klíč, který pomůže odhalit tajemství vzniku struktur tvořících vesmír.

Pozorovali pohupující se síť bójí ve vesmíru

Po dlouhých letech výzkumu oznámil mezinárodní vědecký tým, že nalezl indicie o „věčných“ gravitačních vlnách na nízkých frekvencích, nazývaných gravitačním pozadím (Gravitational-Wave Background, GWB).

Congratulations to NANOGrav for detecting evidence that gravitational waves fill the cosmos.

These ripples in the fabric of space happen when massive objects like black holes circle one another before colliding. The result brings us closer to understanding how galaxies evolve.… pic.twitter.com/AuXBgkZkb7

— NASA (@NASA) June 29, 2023

Zjištění, o nichž vědci píší v sérii článků v odborném časopisu The Astrophysical Journal Letters, pocházejí z patnáctiletého pozorování virtuální Severoamerické nanohertzové observatoře pro gravitační vlny (North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves, NANOGrav), na kterém se podílelo na 190 vědců ze Spojených států a Kanady.

Projekt NANOGrav využil data z radioteleskopů Arecibo v Portoriku (dnes už neexistuje, zhroutil se), Green Bank v Západní Virginii a Very Large Array v Novém Mexiku. Jejich pomocí sledoval 68 mrtvých hvězd – pulsarů.

Ilustrace vykreslující dvojici supermasivních černých děr (vlevo nahoře), která vysílá gravitační vlny vlnící se v časoprostoru. Tyto gravitační vlny stlačují a protahují dráhy rádiových vln vysílaných pulsary (bílé). | zdroj: Kredit-Aurore Simonnet/NANOGrav Collaboration

Vědci zjistili, že tyto extrémně husté pozůstatky masivních hvězd, které se staly supernovami, se ve vesmíru pohupují jako síť bójí na valící se hladině moře gravitačních vln. Ze svých magnetických pólů přitom pulsary vysílají paprsky rádiových vln.

„Vliv gravitačních vln na pulsary je extrémně slabý a obtížně detekovatelný, ale s postupem času, jak jsme shromažďovali další data, jsme si vybudovali důvěru v naše zjištění,“ cituje magazín Phys Katerinu Chatziioannou, členku týmu NANOGrav.

Tyto vlny oscilují velmi pomalu po dobu let, dokonce i desetiletí. Vědci předpokládají, že pocházejí především z dvojic supermasivních černých děr, které se k sobě navzájem přitahují a po spirálovité dráze směřují ke kataklyzmatickým srážkám.

„Je to jako sbor, ve kterém se všechny tyto páry supermasivních černých děr rozeznívají na různých frekvencích. Máme první důkaz gravitačního vlnového pozadí. Otevřeli jsme tím nové okno pro pozorování vesmíru,“ říká v magazínu Phys Chiara Mingarelliová, další člena týmu NANOGrav.

Einstein měl zase pravdu

Gravitační vlny předpověděl v roce 1916 geniální fyzik Albert Einstein, ale vědci je pozorovali až o 100 let později, kdy je zachytila sonda LIGO.

LIGO však zachytila gravitační vlny, které mají mnohem vyšší frekvenci než ty, které zaznamenal NANOGrav. Nově objevené gravitační vlny, které se dají popsat jako vlny v časoprostoru, jsou zdaleka nejsilnější, jaké kdy byly naměřeny. Obsahují zhruba milionkrát víc energie než jednorázové záblesky gravitačních vln ze splynutí černých děr a neutronových hvězd, které vědci sledovali v experimentu LIGO.

Vědci doufají, že nový objev jim pomůže zodpovědět mnohé záhady vesmíru, například ty, které se týkají povahy splývajících supermasivních černých děr.

„Získali jsme nový způsob, jak zkoumat, co se děje, když monstrózní černé díry v jádrech galaxií začnou pomalu, ale neúprosně roztáčet spirálu smrti,“ upozorňuje Joseph Lazio, člen týmu NANOGrav a hlavní vědecký pracovník Laboratoře tryskového pohonu NASA.