Mreža opservatorija, lovaca na gravitacijske valove, poboljšat će nalaze u području znanosti rođenom prije samo četiri godine, kada je opservatorij LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) razriješio misteriju koju je prije stotinu godina postavio Albert Einstein.

Naime, Einstein je 1916. predvidio da će ubrzavanje masivnih objekata, poput neutronskih zvijezda ili crnih rupa, stvoriti 'valove', odnosno pukotine u tkivu prostora i vremena. Međutim, on nije mislio da će ovi gravitacijski valovi ikad biti otkriveni jer su njihovi signali jednostavno preslabi u svoj toj buci i vibracijama koji postoje na Zemlji.

Stotinu godina činilo se da je Einstein u pravu. No, onda su krajem prošlog stoljeća u Washingtonu i Louisiani izgrađeni LIGO strojevi kako bi se njima pokušalo uhvatiti signale za koje je veliki znanstvenik mislio da ih nikad nećemo otkriti.

Konačno, nakon 13 godina tišine, LIGO je u rujnu 2015. otkrio svoje prve gravitacijske valove: signale spajanja dvije crne rupe udaljene oko 1,3 milijarde svjetlosnih godina. Ovo otkriće otvorilo je potpuno novo polje astronomije gravitacijskog vala, a Rainer Weiss, Barry Barish i Kip Thorne, trojica istraživača gravitacijskih valova, za svoj su rad dobila i Nobelovu nagradu za fiziku.

Otad su LIGO i njegova talijanska inačica Virgo otkrili još dva katastrofalna sudara. Nakon spajanja crnih rupa, opservatoriji su u listopadu 2017. otkrili spajanje dvije neutronske zvijezde, a potom je crna rupa progutala neutronsku zvijezdu.... Opservatoriji su dosad više od 30 puta otkrili vjerojatne gravitacijske valove. A sada LIGO i Virgo dobivaju novog partnera: detektor gravitacijskog vala KAGRA u Japanu. Znanstvenici vjeruju da će uz japansku pomoć utrostručiti preciznost lociranja masivnih sudara.

'Što više detektora imamo u globalnoj mreži, to ćemo preciznije lokalizirati signale gravitacijskog vala i bolje odrediti temeljnu prirodu kataklizmičkih događaja koji su proizveli signale, rekao je David Reitze, izvršni direktor laboratorija LIGO. Nova globalna mreža mogla bi u konačnici otkriti 100 sudara godišnje, smatra pak Vicky Kalogera, astrofizičarka sa Sveučilišta Northwestern.

Kako radi detektor gravitacijskih valova

KAGRA će raditi slično kao i LIGO. Detektor gravitacijskog vala u obliku slova L sastoji se od dvije cijevi dužine po četiri kilometra. Detektor ispucava laserskim snop i dijeli ga na dva dijela. Snopovi se odbijaju od ogledala i vraćaju nazad i poništavaju jedan drugi. No kad dođe do gravitacijskog vala, on iskrivljuje prostor pa jedna cijev nakratko postaje duža, a druga kraća. Kad se to dogodi, dva svjetlosna vala međusobno se više ne neutraliziraju pa detektor bilježi bljesak svjetlosti.

Mjerenje tih promjena svjetline omogućava fizičarima mjerenje i promatranje gravitacijskih valova koji prolaze kroz Zemlju. Kad jednom otkriju signal, astronomi upozoravaju teleskope širom svijeta da se aktiviraju na kozmički događaj koji je vjerojatno pokrenuo valove.

Očekuje se da će KAGRA proraditi u prosincu. U početku će raditi na razinama nedovoljno osjetljivim za otkrivanje gravitacijskih valova. Nakon što znanstvenici usavrše instrumente, očekuje se da će punim kapacitetom proraditi tijekom sljedeće godine.

Japanski detektor uvest će dva nova pristupa pretraživanju gravitacijskog vala. Bit će to prvi opservatorij gravitacijskog vala koji će raditi pod zemljom te tako prigušiti neželjenu buku od vjetra i seizmičke aktivnosti. Ujedno, prvi će koristiti kriogenski ohlađena ogledala kako bi se smanjio i toplinski šum.

Reagiraju i na najmanji povjetarac

Naime, LIGO i Virgo nevjerojatno su osjetljivi - kada val prođe pored njih, duljina cijevi mijenja se za manje od 1/10.000 širine protonske čestice pa ih lako mogu poremetiti vibracije kamiona koji voze po obližnjim cestama ili lagani povjetarac. Čak i mikroskopska kretanja atoma u zrcalima detektora mogu oponašati signal gravitacijskog vala.

U igri je i njemačko-britanski detektor GEO600. Mada nije dovoljno osjetljiv za otkrivanje signala gravitacijskog vala iz sudara crnih rupa i neutronskih zvijezda, važan je za testiranje novih tehnologija, ključnih za poboljšanje budućih detektora. Uz to, mreži opservatorija bi se 2015. trebao priključiti i LIGO u Indiji, piše Business Insider.