Prethodni deo:
<< Šta su gravitacioni talasi?

Elektromagnetni talasi se emituju kada je neka naelektrisana čestica ubrzana, a gravitacioni talasi kada je neka masa ubrzana, ali tako da ne postoji sferna simetrija u njenom kretanju.

Takav je slučajna primer sa planetom u orbiti oko Sunca. Ali zbog velikog međusobnog rastojanja u takvoj situaciji ubrzanje planete je malo (a Sunca još manje) pa je i gravitaciono zračenje slabo i ispod nivoa svake detekcije.

Efekat je veći kod tesnih dvojnih zvezda, jer njihove mase su veće a međusobno rastojanje manje, pa je ubrzanje obe zvezde, svake u svojoj orbiti, veće. Međutim, efekat je najveći kada imamo par kompaktnih objekata:  par neutronskih zvezda, neutronsku zvezdu i crnu rupu, ili par crnih rupa. To su objekti sa masama kao zvezde, čak kao masivne zvezde u slučaju crnih rupa, ali zbog njihovih malih razmera njihova međusobna rastojanja mogu da se svedu na samo stotinak ili desetak kilometara.

Objekti u takvim parovima se kreću sa velikim ubrzanjem što dovodi do primetne emisije gravitacionih talasa. Time svaki objekat u takvom paru gubi energiju i prilazi sve bliže onom drugom, što smanjuje njihov orbitalni period.

To je efekat koji su primetili radio astronomi Hulse i Tajlor pre više od tri decenije.

Izvor

Modulacija radio zračenja pulsara koga su pratili ukazivala je da se radi o dve neutronske zvezde u uzajamnoj orbiti koja postaje tešnja, što znači da time energija dvojnog sistema postaje sve niža. Taj izmereni gubitak energije se sa velikom tačnošću poklapa sa formulom za gubitak energije preko emitovanja gravitacionih talasa koje predviđa Teorija relativnosti.

Samo gravitaciono zračenje tog sistema je međutim isuviše slabo da bi moglo direktno da se registruje od strane instrumenata na Zemlji. U ovom slučaju dakle ne “vidimo” gravitacione talase već samo njihov izvor.

Sa vremenom, zbog gubitka energije kroz gravitacione talase objekti u paru postaju sve bliži i međusobna ubrzanja veća što dovodi do sve veće emisije gravitacionih talasa, i na kraju do sudara i spajanja objekata u paru.

Ishod spajanja dve neutronske zvezde je uvek crna rupe, jer njihova ukupna masa je veća od maksimalne moguće mase za neutronsku zvezdu. To je takođe ishod spajanja crne rupe i neutronske zvezde, kao i spajanja dve crne rupe.

Protekle su decenije pre nego što su numerički relativisti uspeli da simulariju i potvrde taj proces na kompjuteru. Tehnički izazovi su izgledali nepremostivi, počevši od potrebne brzine i kapaciteta kompjutera do neophodnosti da se razviju nove numeričke metode koje mogu da prate evoluciju sistema od početne razdaljine koja se meri milionima kilometara do samog spajanja, uz uticaj plimskih sila koje kompaktni objekti imaju jedni na druge i neizbežne gravitacione dilatacije vremena, sve veće što su objekti bliži. I naravno, uz emisju gravitacionih talasa i efekta koji taj gubitak energije ima na par.

Ovde je simulacija istraživačke grupe SXS (Simulacije Ekstremnih Prostor-vremena), koja pokazuje spajanje dve crne rupe, gledano sa pozicije svemirskog broda koji je na osi revolucije sistema:

Gravitacioni talasi nisu vidljivi golim okom, ali se vidi efekat gravitacionih sočiva koje crne rupe imaju na likove i pozicije zvezda u pozadini.

Evolucija ovakvog para se završava formiranjem masivne crne rupe čija masa je jednaka sumi masa komponenti minus masa koja je izgubljena kroz gravitacione talase. U simulaciji se vidi konačna relaksacija na simetričnu crnu rupu, takozvani “ringdown.”

Kada je 14. septembra 2015. godine LIGO zabeležio jasan signal, teoretičari su posle 25 godina simulacija bili spremni. Posle temeljne analize i provere 11. februara ove godine LIGO je objavio da je zabeležio signal upravo jednog ovakvog spajanja dve crne rupe u jednu.

U ovom slučaju detektovano je gravitaciono zračenje ali ne vidimo njegov izvor. Ne postoji detekcija elektromagnetnog zračenja sa ovog objekta, čak je injegova tačna lokacija na nebu neprecizna. Ali je gravitacioni signal karakterističan, i kako izgleda sasvim siguran.

Time je naša tehnologija došla u dodir sa novom realnošću koju do sada nismo bili u stanju da registrujemo, gravitacionim talasima koji nas zasipaju sa svih strana baš kao i zvezdana svetlost.

Prethodni deo:
<< Šta su gravitacioni talasi?

Ukratko o LIGO, opservatoriji koja je zabeležila gravitavcione talase

Šta kažu naši naučnici o detekciji gravitacionih talasa?