Gravitační observatoř LIGO zachytila první gravitační vlny v září roku 2015. Nešlo ale jenom o zápis do historie vědy, i když i ten stojí za to. Detekce signálu splynutí dvojice černých děr hvězdné velikosti zároveň ohlásila vznik zcela nového oboru gravitační astronomie. Prostřednictvím gravitačních vln teď můžeme pozorovat a zkoumat nejen černé díry a další pozoruhodné astronomické objekty, ale také samotnou gravitaci, která je pro nás stále dost záhadná.

David Andriot. Kredit: AEI.

Mezi podivné vlastnosti gravitace patří i to, že je jako základní fyzikální síla oproti ostatním, tedy elektromagnetické, slabé a silné interakci, nesmírně, ba přímo naprosto neskutečně slabá. A fyzici se stále dohadují proč tomu tak je. Jedno z možných vysvětlení spočívá v tom, že gravitace, jako jediná ze základních fyzikálních sil, interaguje s více dimenzemi, než kolik představuje nám důvěrně známý prostoročas (tedy 3 plus 1). Pokud ale tyto dimenze existují, tak jsou před námi velmi dobře skryté. Právě pozorování gravitačních vln by nám mohlo pomoci je odhalit.

Gustavo Lucena Gómez.

Kredit: AEI.

Vědci z Max Planck institutu pro gravitační fyziku (Albert Einstein Institute/AEI) v německém Potsdamu David Andriot a Gustavo Lucena Gómez nedávno zjistili, že skryté dimenze, tak jak je předpovídá teorie strun, by skutečně mohly ovlivňovat podobu gravitačních vln. Ve své studii, kterou uveřejnil časopis Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, popisují důsledky existence skrytých dimenzí vesmíru na vlnění časoprostoru v podobě gravitačních vln, a také hodnotí možnosti detekce vlivu skrytých dimenzí našimi přístroji.

Část detektoru Virgo. Kredit: The Virgo collaboration.

Skryté dimenze vesmíru představují nezbytnou součást teorií strun. A každý, kdo pracuje s teoriemi strun, by měl mít nějakou představu o tom, proč tyto dimenze stále unikají našim experimentům. Jak jsme už několikrát psali na OSLU, fyzici hledají skryté rozměr na výkonných urychlovačích částic. Jednou z možností je, že se na Velkém hadronovém urychlovači objeví černá mikrodíra, která nepřinese konec světa, ale Nobelovu cenu za potvrzení existence skrytých dimenzí.

Jde o to, že k vytvoření černé mikrodíry je podle teorie potřebná ohromně veliká energie. Zcela mimo naše současné možnosti. Pokud ale skryté dimenze existují, tak bychom k vytvoření černé mikrodíry potřebovali mnohem méně energie, nežli ve vesmíru bez skrytých dimenzí. Dokonce tak málo energie, že by to mohl zvládnout náš nejvýkonnější urychlovač, tedy Velký hadronový srážeč LHC. Pokud je ale známo, tak na LHC zatím žádnou černou mikrodíru nenašli.

Andriot s kolegou nabízejí jako řešení gravitační astronomii. Podle jejich výpočtů by skryté dimenze mohly působit na gravitační vlny dvěma různými způsoby. Mohly by vytvářet vlnění gravitačních vln o vysokých frekvencích kolem 1 000 Hz. Pozorování takových vln je zatím nereálné, protože existující pozemní detektory gravitačních vln na to nejsou dost citlivé. 
Skryté dimenze by ale také měly ovlivňovat průběh standardních gravitačních vln, tedy to, jakým způsobem vlní časoprostorem. To bychom teoreticky mohli detekovat, pokud k tomu použijeme více než jeden detektor gravitačních vln. Na sklonku roku 2018 zahájí další kolo pozorování detektor LIGO a zároveň se k němu připojí evropský detektor gravitačních vln, interferometr Virgo. Pak se snad uvidí, jak to s těmi skrytými dimenzemi vlastně je.

Video:  Gravitational Waves research at Virgo


Literatura
Albert Einstein Institute 28. 6. 2017, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics online 23. 6. 2017, Wikipedia (Virgo interferometer).