Vědci ze Syrakuské univerzity (USA) doufají, že nový superpočítač, který byl postaven na katedře fyziky jejich univerzity, jim pomůže vyfiltrovat a odlišit jedinečný „zvuk“ černých děr z celé „vesmírné symfonie“. Tento počítač bude zpracovávat data získaná z laserového interferometru gravitačně vlnové observatoře LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), která byla zkonstruována k detekci gravitačních vln.
Gravitační vlny vznikají jako následek mocných kosmických událostí, například srážky černých děr. Syrakuští vědci si chtějí užít trochu kosmologického pátrání. Jsou odhodláni rozebrat data přijatá observatoří LIGO a „poslechnout si“ kousek „písně černých děr.“ Opravdu to není nic, co by se dalo zvládnout „na koleně“. Tento projekt vyžaduje slušnou výpočetní sílu: nový superpočítač SUGAR je vlastně sestava 80 počítačů se 320 procesory, která se může pochlubit 640 gigabyty RAM a 96 terabyty volného prostoru na harddiscích.
Existenci gravitačních vln předpověděl už Albert Einstein někdy v roce 1916 ve své obecné teorii relativity. Jedná se o periodické změny zakřivení časoprostoru, které se šíří od svého zdroje podobně jako například zvuková nebo elektromagnetická vlna. Jsou zde ale odlišnosti. Hlavním rozdílem je, že neexistuje žádné prostředí, ve kterém by se gravitace vlnila, jako je tomu u zvukových vln. Rozvlněný je sám časoprostor.
Představte si tři body v prostoru tvořící pravoúhlý trojúhelník. Bude-li přes váš trojúhelník přecházet gravitační vlna, přestane platit Euklidovská geometrie, body se začnou "pohupovat" v zakřiveném časoprostoru a periodicky měnit svou vzájemnou vzdálenost. Potom v takovém trojúhelníku přestává platit Pythagorova věta a obsah čtverce nad přeponou nebude roven součtu obsahů čtverců nad oběma odvěsnami, protože už to nebudou ani čtverce ani pravoúhlý trojúhelník a vzdálenosti jednotlivých bodů se budou periodicky měnit vlivem zvlnění samotného časoprostoru. Lze to připodobnit změnám vzájemné polohy tří loděk pohupujících se na mořských vlnách.
Nejjednodušším zdrojem gravitačních vln ve vesmíru může být dvojice hvězd rotujících kolem společného těžiště. Aby měly gravitační vlny velkou intenzitu, je nutné, aby obě hvězdy značně zakřivovaly časoprostor a byly dostatečně blízko sebe. Takovými příklady jsou například páreček neutronových hvězd nebo již zmiňovaná srážka černých děr.
Dnešní systémy pro detekci gravitačních vln fungují na principu laserové interferometrie. Laserový svazek je polopropustným zrcadlem rozdělen do dvou kolmých ramen, na jejichž koncích jsou dokonale vybroušená odrazná zrcátka na zavěšených testovacích tělesech. Právě pohyb těchto tělísek se sleduje. Odražené paprsky se rameny vrací přes rezonanční dutinu zpět, interferují a elektronicky jsou zaznamenávány změny interferenčních proužků. Citlivost těchto zařízení z velké části závisí na velikosti ramen.
Největší systém tohoto druhu na světě, právě zmiňovaný detektor LIGO – „ucho“ na „poslouchání“ gravitačních vln, je vybaven dvěma rameny dlouhými 4 kilometry. Rameny prochází laserový paprsek, který umožňuje měřit změnu délky ramene s obrovskou přesností a tak detekovat gravitační vlny o frekvencích zhruba od 100 do 1 000 Hz.
Projekt LIGO vznikl ve spolupráci univerzit Caltech (California Institute of Technology) a MIT (Massachusetts Institute of Technology). Jde o dvojici v podstatě shodných zařízení vzdálených asi 3 200 km.
První z nich se nachází v Hanfordu ve státě Washington a za jeho provoz je zodpovědná univerzita Caltech. Druhá stavba je v Livingstonu ve státě Luisiana a provoz řídí MIT. Dva interferometry existují proto, aby mohla být detekce gravitačních vln potvrzena koincidencí ze dvou nezávislých zdrojů.
Na světě fungují nebo se staví další interferometry, ale to není poslední slovo lovců gravitačních vln. Je připraven projekt LISA (Laser Interferometry Satellite Antenna) – což je sestava tří sond obíhajících kolem Slunce. Vzájemná vzdálenost sond bude 5 000 000 km a budou tvořit obří interferometr pro zjišťování gravitačních vln. Očekává se, že budou schopny pracovat s přesností 10 pikometrů. Sondy systému LISA budou detekovat gravitační vlny o velmi nízkých frekvencích 0,001 až 1 Hz a umožní tak i sledování supermasivních černých děr s pomalými frekvencemi gravitačních vln. U zařízení LISA je skutečná naděje pozorovat reliktní gravitační vlny pocházející ze samých prvopočátků Vesmíru a přímo z pozorování zjistit, jak Vesmír vypadal v raných vývojových fázích.
To pak bude skutečná hudba sfér.
Zdroje: https://sunews.syr.edu/story_details.cfm?id=4738
https://www.ligo-wa.caltech.edu
https://www.ligo.caltech.edu
https://www.ligo.mit.edu/