Hogyan keressünk gravitációs hullámokat?

A héten újabb pletykák röppentek fel arról, hogy a LIGO-projekt során gravitációs hullámok nyomaira akadtak. De mi is ez a kísérlet, és pontosan mit keres?

Hogyan keressünk gravitációs hullámokat?

Először tavaly szeptemberben röppentek fel a hírek arról, hogy a LIGOnevű amerikai obszervatóriumban gravitációs hullámok létezésére utaló jeleket figyeltek meg. A téridő görbületének Einstein által megjósolt, hullámszerűen terjedő megváltozásaival kapcsolatban már többször úgy tűnt, hogy ezek jelenlétét sikerült kimutatni, eddig azonban mindig bebizonyosodott, hogy vagy nem kielégítőek az adatok, vagy egyszerűen tévedésről van szó. Legutóbb a Bicep2 nevű rádiótávcső adatait elemző szakértők állították azt, hogy az univerzum hajnaláról származó gravitációs hullámok jelenlétét detektálták a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásban, bejelentésüket azonban végül meggyőző adatok hiányábanvissza kellett vonniuk.

Ami a LIGO eredményeit illeti, a pletykák ezen a héten ismét szárnyra kaptak miután Lawrence Krauss, az Arizonai Állami Egyetem kutatója január 11-én kelt tweetjébenazt állította, hogy a szeptemberi híreszteléseket független források is megerősítették, így lehetséges, hogy tényleg sikerült gravitációs hullámokat detektálni. A hivatalos bejelentésig persze semmit sem lehet biztosra venni, így a következőkben azt vázoljuk fel röviden, hogy hogyan is működik ez az obszervatórium, és lehetséges-e, hogy tényleg kimutatta azt, amiről a pletykák szólnak.

A LIGO két lézer interferométerből áll össze, amelyek Washingtonban, illetve Louisianaban helyezkednek el, egymástól 3000 kilométer távolságra. Az elrendezés célja, hogy a két detektor révén háromszögeléssel megvalósítható legyen a potenciálisan észlelt gravitációs hullámok forrásának azonosítása, hiszen ilyen távolság esetén az egy forrásból kiinduló, fénysebességgel haladó jelek beérkezési ideje között már 10 ezredmásodperces eltérés is lehet.

A kísérleti elrendezés arra a feltevésre van alapozva, hogy a nagy tömegű objektumok gyorsulásuk során hullámokat keltenek a téridőben, megváltoztatva az abban létező távolságokat. Jellemzően azonban nagyon pici, alig észlelhető fodrozódásokról van szó, amelyek mindössze 10ˆ-21 nagyságrenddel rövidítenek le bármely hosszúságot. A jelenleg elfogadott csillagászati modellek alapján, ha a Földtől néhány 10 millió fényévnyire összeolvad két 10 naptömeggel rendelkező fekete lyuk, az ez által keltett hullámok már mérhető változásokat okoznának bolygónkon.

Ezen változások mérésére szolgál a két interferométer, amelyek mindegyike egy-egy egymásra merőleges, 4 kilométer hosszú karral rendelkezik. A kísérlet során egy nagyteljesítményű lézer fényét egy osztótükörrel kétfelé bontják, a nyalábok végigfutnak a karokon, majd az azok végében található tükrökről visszaverődve, és a karon ismét végigfutva újra egyesülnek (a gyakorlatban a nyalábok többször is végigszaladnak a karokon egyesülés előtt). A két ág hossza úgy van beállítva, hogy az egyesülés pontosan ellentétes hullámfázisban történjen, így a nyalábok normális esetben kioltják egymást, és a fénydetektorra nem esik fény. Ellenben ha erősebb gravitációs hullámok haladnak keresztül a karokon, azok hossza meg fog változni, így a fázisok eltolódnak, és a detektorra a hullámok erősségével arányos intenzitású fényjel fog esni.

A LIGO-t 2002-ben kezdték építeni, és azóta több átalakításon esett át. A legfrissebb felújítás tavaly fejeződött be, és ennek eredményeként a korábbinál sokkal érzékenyebbekké váltak a detektorok. Az obszervatórium szeptember 18-án kezdte meg újra működését, és az első adatgyűjtési időszak a napokban zárult le. Az adatok alaposabb elemzését tehát még csak most fogják megkezdeni a szakértők, a legspecifikusabbpletykák azonban arról szólnak, hogy az elmúlt négy hónap során sikerült detektálni két fekete lyuk összeolvadásának gravitációs hullámait.

A LIGO detektorai jelenleg olyan érzékenységgel bírnak, hogy azon gravitációs hullámokat képesek detektálni, amelyek frekvenciája 10 Hz fölötti. Ez a fekete lyukaknál maradva a gyakorlatban azt jelenti, hogy azon hullámokat tudnák potenciálisan detektálni, amelyek akkor képződnek, amikor a két objektum az összeolvadás pillanat előtti rövid időszakban először másodpercenként 10-szer, majd gyorsulva több ezerszer kerülni meg egymást. A szakértőknek az általános relativitáselméletből kiindulva igen pontos elképzeléseik vannak arról, hogyan nézhet ki egy ilyen jel, a valóságban azonban nagyon szerencsésnek is kellene lenni ahhoz, hogy sikerüljön az ezt kiváltó rövidke eseményt elkapni.

Ha tényleg létezik egy ilyen jel a LIGO meglévő adatai közt, még akkor sem biztos, hogy nincs szó téves riasztásról. A detektorokat számos kifinomult rendszer védi attól, hogy a külső környezet, például a különböző rezgések megzavarják a méréseket, teljesen kiszűrni ezeket azonban lehetetlen. Ami a pletykákat illeti, a LIGO kutatói azokat egyelőre sem megerősíteni, sem cáfolni nem kívánják. A projektben több mint 900 szakértő dolgozik együtt, és a kísérlet mostani szakaszának első hivatalos eredményei legkorábban februárra várhatók. Közben megkezdik a detektorok újabb felújítását is, hogy ősztől még érzékenyebb műszerekkel folytathassák a munkát.

Tesztek

{{ i }}
arrow_backward arrow_forward
{{ content.commentCount }}

{{ content.title }}

{{ content.lead }}
{{ content.rate }} %
{{ content.title }}
{{ totalTranslation }}
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mond el mit gondolsz a cikkről.
{{ showMoreCountLabel }}

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap arrow_forward