Astrovědci jsou na stopě vzrušujícího jevu. Detektor gravitačních vln zachytil dva podivné signály z vesmíru. Zatím není jasné, odkud pocházejí a co je vyvolalo, ale výzkumníci doufají, že se jim to podaří zjistit.

Signály se dají vysvětlit vzájemným působením temné hmoty a černých děr, nějakou dosud neznámou fyzikou, anebo – vibracemi ze samotného počátku času, z doby, kdy se zrodil vesmír.

Výzkumníci, kteří je na zařízení postaveném v Austrálii zachytili, připouštějí víc možností. Avšak upozorňují, že gravitační vlny, které zaznamenali, mohou být exotického původu. Signály i své hypotézy popisují ve studii publikované v odborném časopise Physical Review Letters.

Předpověděl je Einstein

Gravitační vlny jsou důsledkem přitažlivosti a projevují se zakřivením časoprostoru. Vytváří je zrychlení hmotných těles, které podobně jako zrychlení nabitých částic vytváří elektromagnetické vlnění. Vesmírem se pak šíří rychlostí světla.

Jejich existenci předpověděl už v roce 1916 geniální Albert Einstein. První přímý důkaz gravitačních vln byl pozorován 14. září 2015 na americké soustavě LIGO, jejímž principem je současné pozorování laserového paprsku na dvou identických, ale geograficky vzdálených detektorech nacházejících se v amerických státech Washington a Louisiana.

LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) dokáže zachytit gravitační vlny o frekvencích od sedmi kilohertzů do 30 hertzů. Tyto vlny vznikají při srážkách velmi hmotných objektů, třeba černé díry a neutronové hvězdy. Jejich délka dosahuje stovek až tisíců kilometrů.

Vědci ale chtěli zachytávat i menší vlny. A tak v Austrálii postavili gravitační detektor BAW (Bulk Acoustic Wave Resonator). Obsahuje disk z krystalu křemene, kterým procházejí akustické vlny o frekvenci osmi gigahertzů Proto vibruje na vysokých frekvencích.

Fyzik Michael Tobar, jehož skupina zařízení zkonstruovala, ho přirovnává ke zvonku, který zvoní v určitém tónu. „Když na něj dopadne gravitační vlna, rozezní ho naplno,“ vysvětlil magazínu Live Science.

A zvonek se během 135 dnů experimentálního provozu rozezněl hned dvakrát. Vyzvánění v krystalu zachytilo důmyslné zařízení jako elektromagnetický signál svými citlivými elektrickými senzory.

BAW zaznamenal ve vesmíru dva jevy, které se dají pokládat za neznámý typ gravitačních vln a které nemají jednoznačné vysvětlení.

Když kmitá časoprostor...

Jistě, vysvětlení může být i docela prosté. „Nabité částice, tedy kosmické paprsky proudící z vesmíru, jsou jednou z možných příčin detekce,“ řekl Tobar. „Rozeznění detektoru mohly způsobit i tepelné výkyvy v krystalu,“ připustil.

Ale existují rovněž exotická a fascinující vysvětlení. Za gravitačními vlnami o frekvenci kolem pěti megahertzů, jaké ulovil BAW, může být typ temné hmoty nazývaný axion, který krouží kolem černé díry a při tom vyzařuje gravitační vlny.

Může za nimi být i fyzika, která stojí mimo naše poznání a mimo standardní model fyziky popisující částice a síly.

Nejúchvatnějším vysvětlením, kterému zmíněná studie věnuje nejvíc místa, jsou však vlny z doby krátce po vzniku vesmíru – po Velkém třesku.

Bezprostředně po něm se vesmír rozpínal exponenciální rychlostí a měnil skupenství. Některé modely předpokládají, že v té době vyzářil kvanta energie, která rozkmitala časoprostor a výsledkem byly gravitační vlny podobně těm, které zaznamenali vědci v Austrálii.

Co za tím vězí?

Odpovědět na tuto otázku bude dalším úkolem astrovědců.

Ať už bude výsledek jejich bádání takový, anebo makový, je patrné že gravitační vlny mohou být pro vědu ohromným přínosem. Dosud vědecké informace o vesmíru pramenily z elektromagnetického vlnění, jakým jsou rádiové vlny, viditelné světlo nebo záření gama.

Protože ale toto vlnění je při cestě vesmírem vystaveno rušení, informace z něj jsou zkreslené a omezené. Gravitační vlny žádnému rušení nepodléhají a mohou nám otevřít zatím nepoznané komnaty vesmíru.